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伺服系統實現快速而準確的生產變更 |
無論是處理餅干、牙膏、醫藥或化妝品，合同包裝商都總是處于要快速做出改變生產模式以滿足其客戶的各種紙板包裝要求的壓力之下。為了滿足這種需要，伊利諾伊州Northlake地區的合同包裝商Packaging Division Industries有限責任公司（PDI）安裝了Ultra Packaging公司的伺服驅動的垂直紙板包裝機。位于伊利諾伊州Bensenville的原始設備制造商Ultra Packaging公司生產紙板包裝設備，為包裝行業提供服務已經超過了13年，熟悉其客戶在改變生產模式方面所面臨的挑戰。
傳統的垂直紙板包裝機依賴于機械動力軸和連桿將紙板箱直立起來并使之在機器上移動。在尋求改善機器有效運行時間的過程中，Ultra Packaging公司分析了機械紙板包裝機的不足之處，包括機器維護和故障檢修所需的時間，更重要的是隨產品改變而轉換包裝機所需的時間。該公司想簡化這些任務，減少執行這些任務所要做的工作。
在其最新的機器設計中，Ultra Packaging公司采用了全伺服GEN III包裝自動化方案，成功地將其垂直紙板包裝機上面的機械控制運動轉換成了來自于Bosch Rexroth公司（www.boschrexroth-us.com）電子驅動及控制技術小組的伺服馬達及驅動系統。
為了理解垂直紙板包裝機上的伺服控制運動所帶來的好處，我們來看看Ultra Packaging公司的Veronica紙板包裝機的功能。伺服馬達用來控制機器的關鍵部位，提供紙板箱、產品、紙板合頁褶縫與粘接的精確同步。平的空白卡紙直立起來形成紙板箱，然后被放到穿過機器的傳送帶上。在這個過程中，紙板箱底部封閉，產品從紙板箱頂部的開口裝進去。然后紙板箱上部封閉、膠合。整個過程必須由伺服系統緊密同步，以避免機器頻繁卡住紙板箱。
在這個過程中，使用了七個Bosch Rexroth EcoDriver Cs驅動器和MSC小型交流伺服馬達提供機器的同步化、凸輪分配和粘接功能。伺服驅動器用業界標準的SERCOS數字光纖網絡控制，為系統里的每個交流伺服系統提供32位的命令信號和診斷分析反饋。
該機器沒有使用傳統的可編程控制器做運動控制，而是用Bosch Rexroth的高性能PPC（PowerPC）運動與運動控制器進行控制。這個緊湊的架式系統在所有軸向上都提供了全部同步化運動，以及對機器上的24伏直流I/O連接的邏輯編程。模擬I/O連接到以可調速度運行紙板匣子和出料傳送帶的兩個交流驅動器上。Ultra Packaging選擇這個控制系統是看中了其多軸向同步化能力及其堵塞或掉電后無需復位就可恢復生產的能力。
Veronica的伺服控制使我們的生產線開機時間更長而關機時間、故障檢修和維護時間都更短。
對于Ultra Packaging公司來說，Veronica型號這種以伺服系統為中心的設計是第一次，而這種設計在業界也比較獨特。Veronica提供每分鐘20到120個的持續式或間歇式紙板包裝速度，所支持的紙板箱規格范圍很廣，從小至2×0.75×4.5英寸，到大至10×4×12英寸。而其最主要的特點就是所說的快速而簡單的生產模式切換能力。
Ultra Packaging公司副總裁Bob Stockus表示，"對于需要頻繁切換生產模式的合同包裝商或其它涉及包裝的企業來說，與常見的30到90分鐘的機械改變所需時間相比，Veronica 10分鐘的典型切換時間是一個頗具吸引力、可節省成本的特點。"
據Stockus稱，一個生產商從寬度（從左到右的尺度）為7.5英寸的谷類食品包裝盒到寬度為1.75英寸的牙膏盒只需要3秒鐘時間，而在機械式紙板包裝機上做這種切換需要10到12分鐘。與此類似，垂直方向上（深度）的尺度改變大約需要3秒鐘，而機械式紙板包裝機需要5分鐘。
Veronica的操作員可以通過人機接口面板修改多達50項的紙板箱大小設定值。Ultra Packaging還增加了一項特性，使每個產品在HMI屏幕上以圖像方式顯示，而不是以產品代碼或編號的形式。這就使操作員能夠更快地識別出產品，從而易于更方便地做出修改操作。
Stockus表示，"Rexroth伺服系統和PPC的結合使用使Veronica的操作員簡單的點擊HMI屏幕上的圖標就可修改產品尺寸。這使得合同包裝商客戶能顯著地縮短關機時間，提高產品切換能力。而更強的能力意味著更高的利潤。"
Stockus說，運動控制的同步化是設計Veronica時的大挑戰。Ultra Packaging公司使用的第一個伺服系統由另外一家供應商提供，配置成五個獨立的伺服驅動器，這樣在實現精確度和同步化方面就有問題。公司于是評估了其它供應商的多種技術。他們考慮了技術、價格、在食品和包裝業界的應用知識、以及預期能從供應商那里得到的技術支持水平。Stockus認為公司選擇了Bosch Rexroth公司作為供應商是因為看重了后者在包裝行業的經驗，及其伺服系統/PPC包裝技術的多軸向同步化能力。影響Ultra Packaging公司決定的另一個特點就是，Rexroth公司的伺服系統在堵塞或掉電后不需要復位。系統會記住馬達傳動軸的位置，這一特性將機器的恢復速度提高了80%之多。
紙板包裝機伺服控制的合頁折疊功能是一個快速恢復的例子，在業界這是比較獨特的功能，因為通常這是一個機械式的操作。Stockus表示，"將這種運動轉為伺服控制方式的好處在于，機器的程序可以設置為紙板箱合頁折疊失敗而導致堵塞時停下來，避免導致損壞。此外，有警示燈向操作員發出堵塞警報。HMI的觸摸屏上會顯示出堵塞發生的位置，而機器會快速的復位到適當的位置。"
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