利樂是全球領(lǐng)先的食品加工和包裝解決方案提供商,公 司秉承與客戶及供應(yīng)商緊密合作的宗旨，致力于每日為全球 超過 160 個(gè)國家的數(shù)億人口提供安全、富含營養(yǎng)的食品， 同時(shí)竭力將對環(huán)境的影響降至最低水平。在摩德納工廠，利 樂團(tuán)隊(duì)?wèi){借利樂?超高速 CAP40 型加蓋機(jī)成功達(dá)成了這一目 標(biāo)。該解決方案能能夠根據(jù)實(shí)際需求，每小時(shí)能完成 25,000 包飲料紙盒的加蓋任務(wù)。

　　利樂公司產(chǎn)品負(fù)責(zé)人 Gianmarco Di Eusebio 解釋道： “在新產(chǎn)品開發(fā)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，我們都堅(jiān)定不移地認(rèn)為，認(rèn) 真傾聽并深入理解客戶的意見是至關(guān)重要的。鑒于這一點(diǎn)， 我們迫切需要一臺更加靈活、占地面積更小且系統(tǒng)產(chǎn)能更高 的設(shè)備。目前采用的一次用量包裝解決方案每小時(shí)僅能處理 9000 件產(chǎn)品，若要達(dá)到每小時(shí) 25,000 件的處理需求，就意 味著需要安裝三臺設(shè)備，且每臺設(shè)備都需要配備完整的送料 系統(tǒng)等輔助設(shè)備，同時(shí)，還需要騰出足夠的空間來安置這些 設(shè)備?！彼a(bǔ)充道，這臺新設(shè)備面臨著非常嚴(yán)苛的要求：一 方面，它必須實(shí)現(xiàn)極高的處理速度;另一方面，蓋體的復(fù)雜 3D 幾何形狀對涂膠作業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提出了極高的挑戰(zhàn)。

　　1 基于PC的解決方案打破既有局限性并顯著 提升數(shù)據(jù)透明度

　　利樂公司決定采用倍?；?PC 的控制技術(shù)，主要基于 對其出色計(jì)算能力的深刻考量，這無疑是促成這一選擇的 決定性因素之一。利樂公司創(chuàng)新與分析生產(chǎn)線解決方案總監(jiān) Paolo Scarabelli 強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)的一個(gè)重要方面：“我們的 客戶對于高度數(shù)字化且互聯(lián)互通的系統(tǒng)的需求正不斷攀升。 倍?；?PC 的控制技術(shù)為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)提供了理想的基 礎(chǔ)。XTS 還使得原本依賴機(jī)械手段完成的工作能夠輕松地被先進(jìn)的軟件功能所替代，這標(biāo)志著我們在構(gòu)建數(shù)字化機(jī)器方 面又邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。例如，在利樂?超高速 CAP40 型加 蓋機(jī)上，我們憑借先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，成功打破了數(shù)字組件 與機(jī)械部件之間的傳統(tǒng)界限。在我們這個(gè)具體案例中，這意 味著我們能夠更全面地實(shí)現(xiàn)更多設(shè)備功能的數(shù)字化控制，從 而確保提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性?！?/p>

　　總體而言，更高水平的數(shù)字化極大地提升了數(shù)據(jù)的透明 度，這不僅顯著加速了產(chǎn)品更換的流程，還切實(shí)提高了產(chǎn)品 質(zhì)量。利樂公司技術(shù)專家 Fabio Bassisi 解釋道：“XTS 動 子可以作為獨(dú)立的伺服軸進(jìn)行控制，從而極大地簡化和加速 了新產(chǎn)品格式的引入，并且能夠充分利用軟件的靈活性。此 外，結(jié)合用于涂膠監(jiān)測的視覺系統(tǒng)，我們還能夠極為高效地 補(bǔ)償任何機(jī)械公差?！?如果視覺檢測系統(tǒng)檢測到涂膠位置偏 離了預(yù)定位置，軟件將在系統(tǒng)運(yùn)行中即時(shí)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整， 通過調(diào)整雙層動子中與之相鏈接的動子凸輪表修正位置，以 確保涂膠位置精準(zhǔn)無誤。

　　Fabio Bassissi 繼續(xù)說道：“我們還采用了先進(jìn)的設(shè)備 健康監(jiān)測系統(tǒng)，以全面檢查設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。所有這些因素 對于確保產(chǎn)品質(zhì)量及其最終成功都起著至關(guān)重要的作用。最 終，飲料容器必須達(dá)到密封可靠且無任何泄漏的標(biāo)準(zhǔn)，方可 被允許發(fā)送給終端客戶?！?/p>

　　2 實(shí)現(xiàn)高精度復(fù)雜運(yùn)動序列的可靠控制

　　利樂?超高速 CAP40 型加蓋機(jī)關(guān)聯(lián)的軸數(shù)量極為龐大， 實(shí)軸數(shù)量超過 120 個(gè)，并配有 10 個(gè)虛擬主軸，充分彰顯了 其運(yùn)動控制過程的高度復(fù)雜性。其中的大部分軸都用于配置 兩條并行的 XTS 系統(tǒng)，系統(tǒng)每條軌道長 4.5 米，并配備 55 個(gè)動子。此外，系統(tǒng)還配備了約 10 個(gè)旋轉(zhuǎn)伺服軸，專門用于包裝輸送、熱熔膠涂膠等任務(wù)。

　　為了確保蓋體能夠精準(zhǔn)地依據(jù)其三維幾何形狀進(jìn)行粘 合，必須精確同步控制 XTS 動子的運(yùn)動以及 X、Y、Z 方向 上的各類旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。此處的獨(dú)特之處在于，每對動子都通過 專門的工具結(jié)構(gòu)相互連接，但它們卻能在兩個(gè)平行安裝的 XTS 單元上獨(dú)立且協(xié)調(diào)地運(yùn)行。無論動子是在單個(gè)系統(tǒng)上 排列成一行，還是分布在兩個(gè)不同的系統(tǒng)上，控制軟件都 能充分利用其靈活性，確保所有動子始終保持完全同步的 運(yùn)動狀態(tài)。

　　據(jù)利樂公司包裝線嵌入式自動化部門總監(jiān) Stefano Flore 介紹，XTS 憑借其模塊化設(shè)計(jì)和出色的軟件功能，往 往能夠?qū)崿F(xiàn)極高的靈活性。例如，XTS 系統(tǒng)的軌道長度及動 子數(shù)量可根據(jù)具體需求調(diào)整，因此在開發(fā)產(chǎn)量更高或更低的 設(shè)備型號時(shí)，幾乎不會增加額外的工作量。此外，更換不 同的包裝格式以適應(yīng)各種填充量、包裝頂部形狀或蓋體等需 求，變得異常簡便快捷。我們只需在軟件中設(shè)定耦合動子間 距及兩個(gè) XTS 系統(tǒng)的運(yùn)動參數(shù)的新值即可。

　　Stefano Flore 還特別強(qiáng)調(diào)，XTS 動子所具備的獨(dú)立控 制能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了單純的產(chǎn)品輸送范疇：“當(dāng)蓋體被動子上 對應(yīng)的固定支架拾起后，最多六個(gè)同步動子組成一個(gè)作業(yè)批 次，協(xié)同進(jìn)行輪廓涂膠。為此，蓋體支架會通過機(jī)械耦合的 方式，與并行運(yùn)行的 XTS 系統(tǒng)的相關(guān)動子一起，在 X 軸和 Y軸上移動。在這個(gè)過程中，系統(tǒng)會自動補(bǔ)償任何可能存在的 公差，例如熱熔膠槍噴嘴所產(chǎn)生的公差。然后，將蓋體貼合 于包裝盒，并通過圖像處理技術(shù)嚴(yán)格監(jiān)測整個(gè)過程。XTS 還 會利用動子中精確控制的橫向力來維持恰當(dāng)?shù)慕佑|壓力，從 而確保涂膠過程的精準(zhǔn)無誤?！?/p>

　　這種力源自兩個(gè)相互耦合的龍門式動子之間精確的相 互作用。XTS 相較于機(jī)械系統(tǒng)的另一大顯著優(yōu)勢在于，它能 夠在軟件中集中獲取和處理海量信息。這樣不僅能迅速定位 系統(tǒng)參數(shù)的偏差，還能通過采取相應(yīng)措施來徹底規(guī)避這些 偏差。關(guān)于故障問題， Gianmarco Di Eusebio 補(bǔ)充道： “該系統(tǒng)的平均無故障工作時(shí)間(MTBF) 實(shí)現(xiàn)了超過一 倍的增長?！?/p>

　　3 控制技術(shù)確保了持續(xù)的高性能表現(xiàn)

　　利樂之所以選擇倍福的控制技術(shù)，是因?yàn)樗信c系統(tǒng)緊 密相關(guān)的組件都可以一站式獲取，從而確保了集成過程的無 縫對接與高效運(yùn)行。設(shè)備控制系統(tǒng)的核心組件是兩臺 C6032 超緊湊型工業(yè) PC ，它們用于運(yùn)行 HMI 應(yīng)用程序、兩個(gè) XTS 系統(tǒng)、基于 TwinCAT NC PTP 的運(yùn)動控制以及 TwinCAT PLC。此外，單個(gè)控制單元還具備將多種功能(如設(shè)備仿真 等)進(jìn)行組合的能力。此外，所選的硬件平臺為日后擴(kuò)展更 多功能預(yù)留了廣闊的空間和潛力。更為關(guān)鍵的是，倍福的產(chǎn)品種類極為豐富，能夠精準(zhǔn)滿足用戶在計(jì)算能力、內(nèi)存擴(kuò)展 以及外形規(guī)格等多個(gè)方面的需求，從而確保系統(tǒng)能夠靈活適 應(yīng)未來的發(fā)展趨勢與需求。

　　在談及 TwinCAT 軟件的應(yīng)用體驗(yàn)時(shí)，Paolo Scarabelli 表示：“TwinCAT 能夠充分發(fā)掘并釋放基于 PC 的控制技術(shù) 的全部潛能，包括支持面向?qū)ο蟮恼Z言在內(nèi)的多種編程語 言、與 Visual Studio 的無縫集成、全面的網(wǎng)絡(luò)配置選項(xiàng)， 以及出色的多核處理能力。此外，該軟件結(jié)構(gòu)清晰，其良 好的開放性不僅讓我們能夠充分利用倍福提供的軟件庫資 源，還能輕松實(shí)現(xiàn)自有庫的無縫集成，從而打造出貼合特 定設(shè)備需求的定制化狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。我們在開發(fā)過程中廣 泛采用 TwinCAT Scope 進(jìn)行深入的分析工作?？傮w而言， TwinCAT 為我們提供了極為全面的支持，尤其是在實(shí)現(xiàn)我們 標(biāo)準(zhǔn)化軟件開發(fā)目標(biāo)的過程中?！?/p>

　　基于 PC 的控制技術(shù)憑借其開放性和靈活性， 在整個(gè) 領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要作用，他進(jìn)一步補(bǔ)充道：強(qiáng)大且開放 的 EtherCAT 通信系統(tǒng)為各類應(yīng)用提供了理想支持， 它能 夠無縫集成 I/O 端子模塊網(wǎng)段、安全功能以及驅(qū)動組件。 Stefano Flore 表示：“AX8000 憑借其極高的動態(tài)性能和精 確的運(yùn)動控制能力，展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢。另外，它采用了 模塊化設(shè)計(jì)，外形小巧且應(yīng)用靈活多變，當(dāng)有需要時(shí)，能夠 輕松添加更多軸。AM8000 伺服電機(jī)在電機(jī)類型、功率、繞組類型等方面都可以定制配置，為達(dá)成上述目標(biāo)提供了有力 支持?！?/p>

　　利樂公司位于意大利摩德納的研發(fā)與技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)，在為其紙盒包裝開發(fā)的新一代加蓋機(jī)中，創(chuàng)新性地融入了倍福的 XTS磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)，成功達(dá)成了高質(zhì)量、高產(chǎn)量以及高工藝靈活性這三大核心目標(biāo)。

　　兩臺并行運(yùn)行的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)能夠以極高的速度和精度將塑料蓋精確貼合到包裝盒上，這一過程中還得到了由 AM8000 伺服電機(jī)驅(qū)動的其它運(yùn)動軸的輔助。

　　在 XTS 系統(tǒng)的上部區(qū)域，塑料蓋體被均勻地涂抹上了膠水，隨后，在系統(tǒng)的下部區(qū)域，塑料蓋體以肉眼幾乎難以辨識的超高速度被精準(zhǔn)無誤地粘貼到包裝盒上。

　　4 提供全方位支持，未來潛力無限

　　利樂公司高級設(shè)備分析經(jīng)理 Davide Borghi 認(rèn)為，在面 對要求如此嚴(yán)苛的應(yīng)用時(shí)， 自動化合作伙伴所提供的支持同 樣起著至關(guān)重要的作用：“在修改設(shè)備方案時(shí)，技術(shù)支持的 作用尤為重要。對于利樂?超高速 CAP40 型加蓋機(jī)而言，從 可行性測試階段伊始，這一點(diǎn)就顯得至關(guān)重要，尤其對于配 備 XTS 系統(tǒng)及其大量功能的應(yīng)用場景來說，更是具有特別的 意義。在任何情況下，所提供的技術(shù)支持都無可挑剔，無論 是與倍福意大利公司和德國專家的現(xiàn)場合作，還是與各層級 管理人員的協(xié)作配合，都表現(xiàn)出色?！?/p>

　　雙方之間的緊密合作關(guān)系將在未來得到進(jìn)一步的深化， 因?yàn)?Stefano Flore 仍然堅(jiān)信，在利樂?設(shè)備中采用基于 PC 的 控制技術(shù)蘊(yùn)含著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ骸拔覀冋J(rèn)為，無電纜技術(shù) (NCT)是 XTS 系統(tǒng)的一項(xiàng)極具前景的進(jìn)一步升級發(fā)展。我們 已經(jīng)著手測試 XPlanar 技術(shù)為多種應(yīng)用場景所帶來的各種可能 性。我們還看到了 MX-System 無控制柜解決方案以及 TwinCAT Runtime for Linux?極具吸引力的優(yōu)勢。我們擁有巨大的潛力， 能夠像在這個(gè)案例中的試點(diǎn)客戶所體驗(yàn)的那樣，給用戶帶去驚 喜，為他們精心打造出一臺充滿魔力的‘魔法機(jī)’?！?/p>