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★貝加萊工業自動化（中國）有限公司

越來越高的生產需求

飲料灌裝線的速度越來越高，以能夠在單位時間輸出更大的產能，進而降低成本。為了提高效率，整個飲料從吹瓶、清洗、灌裝、旋蓋都是連線生產，而在旋蓋之后，就是貼標。為了達到高度的協作，貼標系統也同樣被要求大幅提高速度。

圓盤貼標機是飲料后道的關鍵貼標設備，考慮到現在的高速灌裝系統已經能夠達到72,000~108,000瓶/小時的灌裝速度，這意味著后道的貼標也必須與之匹配。否則生產線上就會產生較大的堆積。

另外，就是標站的數量，像普通礦泉水，考慮成本則僅1個標簽即可。而對于高端的礦泉水則通常會有兩個標簽，而啤酒則通常會包括頸標、背標、正面標簽三個標站。當然，也有標簽為多工位，為了提升速度，例如對于速度大于60,000瓶/小時乃至108,000瓶/小時這個級別高速系統更多的托盤，則需要采用雙工位奇偶貼標的方式進行貼標。

圖1 不干膠大圓盤貼標機結構與流程

如圖1所示，貼標機通常由送瓶螺桿將瓶子送入到星輪機構，它會機械卡住瓶子并送入托盤。在進入托盤后，托盤就會旋轉，以使得視覺系統可以檢測到瓶子，并知道該貼標位置。然后，托盤要將這個貼標位置與標站進行同步，并按照所需旋轉并使得瓶子進入標站時，觸發標站的不干膠標簽準確的定位到貼標起始位置，并隨著旋轉覆蓋整個標簽位置。然后進入第二標站，再至第三標站。最后，還有視覺系統對貼完標的標簽進行檢測，如果不合格，則會將信號高速傳遞給剔除機構，當瓶子運動到該位置后剔除。

精密貼標的復雜需求

對于貼標而言，如圖2（a）這種瓶型為圓形，且對于貼標起始位置沒有要求的，則是最為簡單的。但是，如圖2（b）所示，如果出現了異形，如方形，則其貼標位置，必須從一個固定位置起始，才能貼好。還有比較復雜的，像圖2（c）標簽必須精準地貼在瓶子上的凸起部分，或固定的某個形狀標記處；這意味必須精準的貼到指定的未知，而不能有偏差，否則，就會影響該產品的品質形象。而更難的則是2（d）這種在凹進去的部分貼標，它的精度要求更高，因為即使0.2mm的偏差，也會影響其形象。通常，對于高端的飲用水、白酒、橄欖油等而言，這種細節的偏差都會影響其品牌的品質。因為，對于一個高端品牌而言，不僅產品要高端，整個產品的每一個細節都需要高品質。

圖2 復雜的貼標類型

圖2反映了常見的瓶子貼標類型，當然，真實的組合不止于此，因為對于異形瓶，盡管它并不多見，但會給貼標帶來復雜性的設計需求。

高速高精度的運動控制

在這個高速貼標系統中，輸送的螺桿、入瓶星輪盤、大圓盤的主軸電機、托盤電機、出瓶星輪多達30乃至60多個伺服軸，需要精準的位置同步，才能實現高精度且高速的貼標任務。貝加萊在該機器上采用了ACOPOSmotor系列的伺服驅動與電機一體化的硬件系統，滿足以下幾個方面的設計需求。

圖3 大圓盤灌裝系統的系統架構

（1）緊湊的布局設計：由于大圓盤貼標機少則18個，多則36/48/60組托盤需要由伺服電機驅動，并且要布局在機器的旋轉單元內，因此其空間很狹窄，這就需要高緊湊型的伺服驅動系統來接入。ACOPOSmotor是將伺服電機和驅動集成于一體，整體比較緊湊，專為食品飲料行業而設計。

（2）高防護等級：由于食品飲料行業需要沖水或液體濺射等情況，因此，HMI、驅動等均需要高防護等級。ACOPOSmotor采用的是IP65防護等級的設計，可以直接安裝于旋轉機械本體內。

（3）更少的接線：由于軸比較多，接線成本也會更高，因此，ACOPOSmotor采用了單電纜設計，即采用菊花鏈連接方式，接線成本大幅降低。

（4）滑環連接：整個伺服系統接在機器的旋轉圓盤內部，與外部的動力、信號、通信必須通過滑環連接。ACOPOSmotor的通信、動力和信號都集成于一體，使得其可以方便地通過滑環連接。

如圖3所示，通過滑環連接，多達18/24/36/48或更多的伺服軸安裝于機器內，并通過POWERLINK實時以太網與主軸、星輪等外部伺服軸進行高速協作。

另外，食品行業對于Gamp認證，也需要更高防護等級和滿足食品環境的HMI，貝加萊的Panel PC有支持IP69K防護等級，且客體采用不銹鋼、純平面的面板設計，懸臂安裝的方式也滿足行業客戶的特殊需求。

托盤工站的電子凸輪曲線

除了運動控制的硬件系統特殊的設計需求—滑環連接，以及單電纜等。在軟件方面，貝加萊的mappMOTION庫也為機器的高速、高精度運動控制提供了便捷的開發支持。

在圓盤貼標里，最為重要在于每個托盤必須在多種情況下，確保與貼標站的標簽達到高精度的位置同步。如圖4所示，需要獲得一個旋轉角度使得其剛好可以作為貼標的起點，而另一方面，這個托盤在進入貼標區域的時候，它必須與貼標頭保持線速度的一致，然后再去回零，整個過程根據貼標尺寸的變化，是一個電子凸輪曲線（CAM）位置環控制，這個就需要托盤高速跟隨主軸，并且隨著貼標尺寸規格的變化可以自動計算凸輪曲線，并獲得光滑的切換能力。圖4則顯示了每個托盤都需要進行的這一運動控制過程。

圖4 托盤的檢測與運動控制

ACOPOSmotor本身的電子凸輪曲線（AutoCAM）能夠達到極高精度，可以規避機械的精度不足，且能夠獲得非常光滑的曲線，確保低的機械沖擊。另外，在程序實現上，可以多種靈活的觸發，編碼器、程序或時間觸發均可。

機器的功能性設計

在圓盤貼標機中，針對冷膠、熱熔膠、不干膠標準可以實現自動在線監測、自由配對，機械模塊化、電氣硬件模塊化，同時軟件也實現模塊化。

（1）配方存儲與切換：在該機器中，由于經常需要重復生產，或者經常變化尺寸規格、材料等，工藝配方可以進行存儲并調用。

（2）缺瓶檢測：確保無瓶不貼標，降低不必要的標簽損耗，節省成本；

（3）自動換卷、換標、自動接標：可以實現連續生產，保持整個產線的高OEE運營狀態，并可以對OEE狀態進行計算并記錄。

數字化集成

除了在機器本身控制方面的設計，貝加萊的mapp數字化模塊，也讓機器能夠提供更強的數字化集成能力，在圓盤灌裝及其他食品飲料設備中，這些模塊也被廣泛應用。

（1）mappOEE

食品飲料的生產企業，尤其關注OEE這個指標。在貝加萊mapp中OEE可以獲取機器相關的速度、運營時間、良品計數等參數，提供OEE計算的支持。

（2）mappRecipe

在貼標機中，機器的各種工藝配方（尺寸規格、機械傳動參數）均可被配置，并在機器運行中由操作人員進行配置。隨著機器變得更為復雜，需要對各種控制工藝、產品規格等進行配方管理，而在這里mappRecipe可以讓機器的開發者快速配置出更好的機器。

（3）mappUserX

對于工廠的機器而言，它需要考慮安全性，那么，對于不同的人，它就會需要不同的訪問權限。mappUserX可以建立這樣的“角色”，這來自于OPCUA的角色分配。因為基于面向服務的架構，數據作為一項服務獨立于用戶。

mappUserX可以對機器的相關人員進行權限管理，加密與授權訪問。制造避免未經授權的訪問。在食品飲料這樣的行業尤為關鍵，它必須符合21CFRPart11的認證，以獲得不可篡改的電子簽名認證。

其它mapp如mappAlarmX用于對機器的報警進行記錄、呈現與報告。mappReport可以生成機器的報表，以PDF、CSV等不可篡改形式提供。

精彩觀點

貝加萊工業自動化（中國）有限公司技術傳播經理 宋華振

記者：貝加萊近年來在食品飲料行業發展情況如何？您認為當前食品飲料行業自動化市場正發生著哪些變化，呈現出哪些特點？

宋華振：食品飲料市場是貝加萊最為成熟、業績最為廣泛的領域，尤其是在飲料灌裝領域，基本上國際國內的主要設備制造商，均采用貝加萊的系統。這與貝加萊在包裝領域的豐富經驗、業績緊密相關。食品飲料包裝領域最為顯著的特點就是“變化”，因為產品的規格、工藝、流程千變萬化，這使得食品飲料包裝是一個對于系統靈活性設計、模塊化能力具有特別高要求的領域。

食品飲料領域一直以來都是變化比較大的領域，只是當前這種變化加劇，更為明顯。例如，現在的復合型飲料就超出想象，果汁+牛奶、咖啡+牛奶、茶+果汁等，這些使得飲料的組合變得更為豐富。這就對灌裝、包裝設備也產生了非常大的挑戰。因此，為了提供更為靈活的生產，在自動化領域，像柔性輸送技術就開始進入了產線規劃中，貝加萊的ACOPOStrak就是為了這樣的場景而設計，目前已經在眾多的飲料企業得到應用。

記者：貝加萊為食品飲料行業提供的產品或者解決方案具有哪些特色或優勢？

宋華振：眾所周知，在自動化行業，貝加萊是一個“方案導向型”公司。貝加萊的產品技術都是源自行業的需求，最初可能源自某個大的客戶需求，然后有更多的該領域用戶的共性需求，匯集這個共性為一個標準化產品。

首先，在硬件上，針對食品飲料行業的防護等級，貝加萊的PanelPC有專門IP69K防護等級的產品，就是為飲料、制藥等領域的機器設計的。而ACOPOSmotor伺服驅動與電機一體，也是為了食品飲料行業設備空間緊湊、防護等級要求高，它是IP65防護等級，并且采用了“單電纜技術”，即，通信、動力和信號都被集成在一根電纜中，這樣可以像以太網一進一出的連接方式擴展，大幅降低接線，因為在很多設備上往往數十個伺服軸。而為了響應高速灌裝電子閥控制，貝加萊還有專門的閥島控制器。包括1微秒級的reACTION功能，也是為了高速的I/O需求而設計。

在軟件層面，針對食品飲料的特殊行業需求，貝加萊包含色標、張力、溫控、電子凸輪裁切、稱重等功能塊集成。其實，食品飲料類設備，基本上都是由這些功能構成，例如物料稱重與填充、材料放卷、熱封裁切，吹瓶溫控、貼標的凸輪曲線等，機器都會由不同的工藝模塊搭建，貝加萊積累了數十年該領域的機器應用模塊，讓客戶可以快速搭建機器的軟件。其它的還包括這個領域專有的需求，貝加萊的mapp中包括mappPackML針對包裝領域的設備連接規范、mappAudit針對食品飲料、制藥行業的審計追蹤需求、mappOEE針對產線的設備綜合效率統計。

記者：在智能化轉型升級的發展趨勢下，您認為食品飲料行業面臨的挑戰體現在哪些方面？對此，貝加萊有哪些針對性的策略解決？

宋華振：所以，食品飲料行業的挑戰一直存在，當前的趨勢是時間粒度更小、組合更多、批量卻又更小。對于制造生產來說，個性化會導致品質下降（不良品率大幅上升）、交付能力下降。因此，過去、今天、未來，我們都要致力解決這些問題。

貝加萊前瞻性地觀察道這一行業趨勢，結合用戶需求，在2019年即推出ACOPOStrak柔性輸送，它可以在產線上實現產品的分流、合流，通過動子的任意組合形成產品的變化，取消過去的螺桿送瓶機構，并可以在機器間形成有序隊列，同步的連續生產，由于沒有太多機械的磨損，可以大幅提高產品的后道組裝效率。并且，在2022年推出更為靈活的ACOPOS 6D，在日化、制藥領域已經為客戶所采用。

另外，貝加萊在2022年還推出并聯型機器人，其是為食品飲料、制藥行業等潔凈度要求高的領域而設計的機器人，主要用于撿取、分類，因為這是食品飲料行業的主要場景。

除了在硬件上的組合擴充，貝加萊還針對食品飲料強化了智能軟件方面的研發，包括智能的配料稱重、液體稱重、在貼標機上集成視覺缺陷檢測。針對機器的關鍵零配件的預測性維護M.Doctor的開發。并且，針對ACOPOStrak增強了其軟件、在線任務檢測、調度等方面的能力。

未來，貝加萊仍將聚焦在“柔性輸送技術”，我們確信，ACOPOStrak、ACOPOS 6D技術的確能夠為食品飲料工業帶來“變革”，因為它改變了原有的復雜產線設計，并且使得“軟件定義制造”成為可能。此外，貝加萊將會繼續結合包裝領域用戶應用，開發更為靈活易用的功能，如mappTrak就是為了讓軌道編排任務更為方便而設計的，我們還有很多正在整合中的技術。

摘自《自動化博覽》2024年5月刊