通过最新的高级控件驱动的机器开发

四家不同的包装机械oem正在利用最新的控制和自动化技术来满足新兴市场的需求。在ProMach联邦制造组,Beckhoff组件背后的下一代液体重量填料。在Coesiar.a.琼斯，SIKO位置指示器现在依赖于标准化的通信协议，IO-Link，用于PLC之间的数据传输。在Winpak，涉及的持续控制改进博世力士乐技术带来了多种好处。而在Omori-Europe，伺服电机和驱动器伦茨使欧洲市场更容易更容易，其规定和安全要求是非常具体的。

我们从联邦制造开始，在满足客户需求的同时增加功能，从而在2017年推出XACT-FIL™机器。ProMach的一个重要的全面解决方案,XACT-FIL是多模型的新一代体重填料适用于HDPE、宠物、金属或玻璃容器大小从1盎司到5加。机器使用一个进给螺杆加载容器旋转木马上。然后，一个灌装塔将液体食品(辣酱、牛奶、橄榄油)或非食品产品(包括油漆、化学品或汽车润滑油)输送出来。整个机器的天平每秒可以测量数千次容器的重量，提供正负0.5%或更高的填充重量精度。然后将容器移到盖塔上密封。

由于XACT-FIL提供比以前的联邦系统更大的多功能性，因此Promach工程师必须升级到新的自动化，并控制能够支持的技术不仅仅是多功能性，而且更大的速度和可靠性。他们还希望尽量减少空间要求和所涉及的电缆数量。毕竟，在食品工业中，较少的电缆意味着改善卫生。“更多电缆还为设备故障创建了更多的进入点，因此运行设备的单个电缆优于两个，”Promach填充系统工程副总裁Cezary Mroz说。

协调机器的快速而精确的装载，灌装和封盖序列需要强大的自动化，运动控制和I/O系统。此外，所有的硬件和软件必须与最高的精度通信，因为高质量，非接触式灌装是机器的主要卖点之一。在此过程中，液体不接触灌装线上方的容器或喷嘴外部，防止液体滴到容器外部，保持机器清洁。Mroz说:“非接触式填充时，喷嘴会在开口上方悬停，通常大约四分之一英寸。”“严格注意卫生和避免交叉污染是至关重要的，所以非接触灌装是最干净的方法。”

所有这些考虑都给ProMach带来了很大的困难，Mroz和他的团队没有时间可以浪费。XACT-FIL机器需要在2017年PACK EXPO上首次亮相，但在今年年初，他们仍然没有最终确定设计。面对这个最后期限，Mroz和他的团队在2017年2月转向了Beckhoff自动化。在相当短的时间内，他们设计了一个系统，使用四核英特尔Atom E3845处理器的Beckhoff CX5140嵌入式PC。Mroz解释说，嵌入式PC的尺寸为142毫米× 100毫米× 92毫米，很快就减少了机柜的尺寸:“当许多人看到CX嵌入式控制器时，他们问我，‘它的其余部分在哪里?’它非常紧凑，功能强大，这正是我们所需要的。”Beckhoff的应用工程师Kurt Schneider表示，这有助于ProMach提高XACT-FIL的可靠性和吞吐量。

CX5140运行TwinCAT 3自动化软件，Mroz很欣赏这个开放的硬件平台还可以运行任何在Windows上工作的附加软件，并且可以轻松地与遗留系统通信。Mroz解释说，由于其独特的运行许可，TwinCAT的好处变得更加明显:“我们最初的项目包括我们的基本PLC和HMI程序，我们认为这将涵盖机器的所有功能。然而，随着项目的发展，我们需要包含运动控制。简单地添加了一个运行时许可证以使
申请准备就绪。只不过是电子钥匙而已。”作为备份，一个CFast卡与XACT-FIL的所有PLC和运动控制项目编程，确保即使机器遇到问题，它可以继续加载，填充，并盖容器与固态介质的快速交换，如果需要。

机器操作员通过Beckhoff CP3918控制面板控制和监控XACT-FIL单元，这为高级HMI提供了19英寸的触摸屏和多点触控功能。这种不锈钢模型安装在填充炮塔旁边的杆上，使屏幕易于看到屏幕并同时监控机器功能。“多点触摸面板非常时尚，简单，屏幕上的分辨率也很棒，”Mroz说。“Beckhoff提供了多种多触摸面板的形式因素，可与可扩展的HMI软件选项一起使用，以便为我们需要实施的任何屏幕尺寸和性能级别提供解决方案。”

对于运动控制硬件，ProMach选择了Beckhoff AM8841伺服电机来操作填充转塔，压盖机和进给螺杆。这些不锈钢系列伺服电机在定时螺丝减少扭矩所需的量，并支持IP69K冲洗环境。最终的设计拥有独特的润滑和无振动的accu -摆线传动系统，由ProMach多年来开发。从Beckhoff Mroz发现AX5000系列伺服驱动器提供了紧凑的硬件实现三轴运动系统:“与其他驱动供应商我们测试,我们将不得不使用更广泛的伺服驱动形式因素,这意味着门不关闭在紧凑的外壳我们使用XACT-FIL维持机占用空间小。然而，AX5000伺服驱动器非常窄，非常适合。”此外，一根电缆技术(OCT)通过一根电缆向电机提供电源和反馈信号，进一步减少了占地面积。

作为驱动器总线和I / O系统，EtherCAT工业以太网通信促进了实时通信，同时进一步最小化了外形。

Beckhoff威斯康星地区销售经理Thomas Retzlaff表示，高密度16通道HD EtherCAT终端在减少占地面积方面特别有帮助:“旋转填充剂有相当大的空间限制，因此紧凑的HD终端非常适合这种应用。”非接触式灌装尤其重要，以确保每个容器的处理非常准确，每个机器部件在正确的时间被精确地激活。Mroz解释说，EtherCAT的实时网络能力消除了生产线上的常见错误:“就设备种类而言，EtherCAT提供了迄今为止最快、被广泛采用的工业协议。”

在吹嘘设计时，作为以前的突出解决方案的耐用和卫生，XACT-FIL将其所需部分计数减少25％，总机占地面积减少30％。此外，EtherCAT大致四倍为每秒重量测量数，将其增加到1,200至5,000。“Ethercat和Twincat允许阀门输出I / O和负载电池测量与PLC码周期时间同步扫描200微秒，”Beckhoff的Schneider说。“这提供了更严格的整体阀门响应和准确性。”

ProMach和Beckhoff的工程师在2017年PACK EXPO上及时完成了第一台XACT-FIL，除了缩小尺寸要求和使用开放平台的基于pc的控制外，XACT-FIL还提供了即插即用的解决方案。这是Mroz一直想要完成的，但在与Beckhoff合作之前一直无法做到。Retzlaff说，这显示了Beckhoff技术在创建模块化重量填充系统方面的灵活性。

Mroz认为，基于pc的控制技术和“我能做”的心态可以实现任何目标。然而，当proach的自动化和控制技术供应商可以在全球范围内提供组件和支持时，作为一家国际公司，proach更容易制造和销售设备。Mroz表示:“由于成本节约和技术本身的质量，我们经历了许多优势，但另一个优势是Beckhoff是一家全球性公司。”“因为我们随时随地都能得到支持，所以我不会因为担心机器明天或后天是否能正常工作而失眠。Beckhoff充分利用了基于pc的系统的所有优点，帮助我们提供可靠、高精度、国际认可的称重填充解决方案。”

公认标准的优势
来自SIKO GmbH的位置指示器在来自RA Jones的标准系列纸箱机的所有8个型号的转换中扮演着重要的角色，科西亚公司。几年前，这些位置指示器在本质上是机械的，当生产从6包转向8包时，操作人员会拿出一本手册，查看位置指示器需要设置什么位置。操作员将根据手册的说明手动修改机器参数。

几年前SIKO推出了AP10，这是一种通过机器的PLC编程的位置指示器。这带来了相当大的优势，因为这意味着所需的设定由PLC控制系统决定，而不是由操作员决定。它还引入了两行LED显示，这样操作人员既可以看到PLC传递的目标位置，也可以将其与机器设置的实际位置进行比较。同样重要的是，AP10为机器控制系统提供了定位状态的反馈，这最大限度地提高了尺寸转换的过程可靠性，并优化了设置时间。这可以防止错误的设置，从而防止包装材料的浪费和机器工具的损坏。

在今年的季度，Siko介绍了AP10 IO-Link位置指示器，RA JONES现在已经在整个系列的标准箱中实施了它。这个新位置指示器的主要差异是IO-Link通信协议而不是RS485现在是从PLC到位置指示器的网络跨越的网络。IO-Link被定义为短距离，双向，数字，点对点，有线（或无线），工业通信网络标准（IEC 61131-9），用于将数字传感器和执行器连接到一种类型工业现场总线或一种工业以太网。其目标是提供一种技术平台，可以开发和使用可以生产和消耗丰富的数据集的传感器和执行器，从而可以用于经济地优化工业自动化过程和操作。

RA Jones的工程经理Robert Kalany说:“IO-Link通信协议提供了各种好处，一些与布线有关，一些与编程有关，还有一些与调试有关。“我们之前所依赖的RS485网络当然是有价值的，但它也有一些缺点。其中一个是布线方案，需要相当多的专业知识。它也仅限于31个运动轴。如果位置指示器失效，必须更换，则必须重新调试。IO-Link Master消除了这种重新调试和重新编程的需要。”

德国SIKO公司的美国子公司SIKO Products, Inc.的首席执行官Steffen Preg详细阐述了最后一点。IO-Master提供与高级机器控制器(在这种情况下是PLC)的接口，并控制与连接的IO-Link设备的通信。Master还存储位置指示器的设置和配置。因此，如果一个位置指示器需要更换，所有必要的配置将迅速从主机发送到新的位置指示器，而不需要对新设备进行任何重新编程。这就是即插即用。”

Kalany表示，AP10 IO-Link位置指示器为标准系列纸箱制造商和买家带来了好处。“通过更简单的布线和编程，我们更容易制造机器，在客户工厂安装和调试机器所需的时间也更少。”

由控制塑造的机器进化
从酸奶到苹果酱，Winpak是垂直成型/灌装/封口机以及专业生产液体和半液体产品的水平灌装和封口机的行业领导者。21年来，博世力士乐帮助Winpak为世界各地的终端用户提供最先进的包装设备。

最新的Winpak包装机可以节省大量时间，能源和包装材料，同时对其在食品和包装行业的客户更可靠，更有效地密封。由于电机重新设计和连续自动化改进，WinPak机器较少。

Winpak的销售和市场总监Mark Griffin表示，在博世力士乐自动化技术的推动下，他们的机器一直在稳步发展。Griffin表示:“与大型机械驱动组件相比，将力士乐的IndraDrive C伺服驱动器及其MLC可编程自动化控制器添加到我们的所有设备中，可以实现更高的吞吐量，并使我们的设备更安全、更划算。”此外，在机器上添加伺服技术使Winpak能够引入就地清洁技术，极大地改善了客户设施的食品安全和人体工程学安全。

通过改进控制元件，简化的机器设计也成为可能。曾经有一段时间，Winpak的机器需要三个独立的处理器——一个运动控制器，一个温度控制器，一个用于CIP模式和其他任务的PLC。博世力士乐控制系统的先进技术使Winpak能够降低机器的成本，并简化设计，在不影响高达130循环/分钟的关键操作速度的情况下，将完全集成的温度控制器安装在车上。

另一个重大进步与安全问题有关。随着欧洲和北美安全规范的改变，Winpak不得不改变控制平台。在增加安全性的同时，挑战是不能对机器上的操作顺序产生负面影响。采用力士乐伺服驱动，搭载SafeMotion，大大提高整机效率。SafeLogic Compact SLc是博世力士乐的专用安全PLC，具有安全I/O监控所有安全信号和通道，确保机器操作人员和维护人员的终极安全。当机器处于SafeMotion模式时，机器操作人员或维修人员在做小的改动时，不再需要断开市电电压。格里芬说:“机器可以在不同步所有轴的情况下重新运转。”这减少了停机时间以及产品报废和浪费。”

还有物联网，在最基本的层面上，就是通过更好的连接带来透明度。Winpak理解连接他们的机器和使用实时数据来提高机器可用性的价值。Griffin说:“我们的客户要求机器可用性、停机监控、预测性维护和智能机器监控。“我们正在与力士乐进行类似的项目合作，以使我们的平台更友好，机器的正常运行时间更长。在预测性维护和停机时间跟踪的帮助下，我们的机器操作变得更加智能和直观。”

但是，如果没有全天候的支持和服务，所有这些控制技术将如何帮助Winpak呢?Griffin说:“当我们从简单的机械设备转向电子驱动设备时，博世力士乐的现场培训以及在其位于伊利诺伊州霍夫曼庄园的技术设施进行的培训，对于帮助我们的客户了解如何在当地排除故障和修改代码至关重要。”“这让我们的服务技术人员每天安心，因为他们知道，如果他们需要集成或故障排除支持，他们可以联系世界上某个地方的人，24/7地帮助他们。”

通过可信赖的伙伴关系提供创新的解决方案
创新包装机械是oem厂商面临的一个选择。他们可以针对所面临的问题提出自己的想法，也可以求助于长期服务的合作伙伴的经验，共同实现富有吸引力和智慧的解决方案。

日本著名的流包装机械制造商大森欧洲公司在开发其新型水平流包装机时，选择了合作方式。S-5000系列的机器仅由欧洲部件组成，在荷兰的Oldenzaal工厂制造，完全通过了ce认证。CE标志是大森欧洲的方式，表明机器符合所有适用的指南和法律。

在大森欧洲于2017年开始生产S-5000系列之前，大森机械是通过SELO食品技术B.V.，荷兰包装和生产线解决方案提供商。但到2016年，SELO和EMORI认识到，在日本建造的机器中心的控制和自动化技术并不与欧洲法规保持一致。在功能方面，这部分是真实的，但尤其如此，其中CE标记和安全有关。因此，Omori Europe寻找另一个控件解决方案，这是一种搜索，将它们带到Lenze及其运动控制，伺服驱动器和电机，以及在工程阶段合作的创新方式。来自Omori和Lenze的软件工程师之间的强大伙伴关系 - 其中包括充足的讨论，因为原始概念演变为解决方案 - 使机器尤其是用户友好。该过程的一个关键是使用Lenze的快速应用程序软件工具箱。Lenze的标准软件模块通过简单地添加单个模块和Lenze应用程序模板，可以轻松开发模块化机械控制。

大森欧洲的控制架构(见图)包括一个西门子PLC和HMI。Lenze运动控制器/PLC作为从西门子“线控制器”到运动轴的网关。通过Profinet从西门子PLC连接到Lenze 3200c系列运动控制器，负责密封棒的运动、I/O和温度测量。驱动由G500系列和Lenze i700多轴伺服驱动系统的6 - 10台Lenze减速电机执行，Lenze承担主要的运动和温度任务。Lenze的Marcel Toonen说，客户的服务工程师熟悉西门子的情况下，通常会要求将西门子PLC列入上述内容。

日本大森公司和荷兰Lenze公司的先进技术的集成，使得高效的流动包装器具有非常紧凑的尺寸，可以集成到任何生产环境中。此外，这台机器已被证明是非常友好的生产工人和维护团队。