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利樂公司所生產(chǎn)的牛奶、果汁等多種飲品的經(jīng)典紙盒包裝，幾乎已經(jīng)為我們所有人所熟知。盡管這些紙盒在運輸及日常使用中展現(xiàn)出了極高的效率與耐用性，但它們的制造過程卻對生產(chǎn)技術(shù)提出了極為嚴苛的要求。利樂公司位于意大利摩德納的研發(fā)與技術(shù)專家團隊，在為其紙盒包裝開發(fā)的新一代加蓋機中，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。系統(tǒng)取得了巨大成功，利樂的試點客戶對其可靠性、高性能和靈活性贊譽有加，親切地稱之為“魔法機”。

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 個國家的數(shù)億人口提供安全、富含營養(yǎng)的食品，同時竭力將對環(huán)境的影響降至最低水平。在摩德納工廠，利樂團隊?wèi){借利樂?超高速 CAP40 型加蓋機成功達成了這一目標。該解決方案能能夠根據(jù)實際需求，每小時能完成 25,000 包飲料紙盒的加蓋任務(wù)。利樂公司產(chǎn)品負責(zé)人 Gianmarco Di Eusebio 解釋道：“在新產(chǎn)品開發(fā)的每一個環(huán)節(jié)，我們都堅定不移地認為，認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，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僅能處理 9000 件產(chǎn)品，若要達到每小時 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，還需要騰出足夠的空間來安置這些設(shè)備。”他補充道，這臺新設(shè)備面臨著非常嚴苛的要求：一方面，它必須實現(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)量標準提出了極高的挑戰(zhàn)。

利樂公司技術(shù)專家 Fabio Bassissi 

XTS 動子可以作為獨立的伺服軸進行控制，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償任何機械公差。

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福基于 PC 的控制技術(shù)，主要基于對其出色計算能力的深刻考量，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 強調(diào)了這一點的一個重要方面：“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。倍福基于 PC 的控制技術(shù)為實現(xiàn)這些目標提供了理想的基礎(chǔ)。在利樂?超高速 CAP40 型加蓋機上，我們憑借先進的數(shù)字化技術(shù)，成功打破了數(shù)字組件與機械部件之間的傳統(tǒng)界限。在我們這個具體案例中，這意味著我們能夠更全面地實現(xiàn)更多設(shè)備功能的數(shù)字化控制，從而確保提升系統(tǒng)運行的可靠性。”

倍福基于 PC 的控制技術(shù)為實現(xiàn)這些目標提供了理想的基礎(chǔ)。XTS 還使得原本依賴機械手段完成的工作能夠輕松地被先進的軟件功能所替代，這標志著我們在構(gòu)建數(shù)字化機器方面又邁出了堅實的一步。

—— 利樂公司創(chuàng)新與分析生產(chǎn)線解決方案總監(jiān)

Paolo Scarabelli

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，還切實提高了產(chǎn)品質(zhì)量。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)運行中即時進行自適應(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無誤。Fabio Bassissi 繼續(xù)說道：“我們還采用了先進的設(shè)備健康監(jiān)測系統(tǒng)，以全面檢查設(shè)備的運行狀態(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，飲料容器必須達到密封可靠且無任何泄漏的標準，方可被允許發(fā)送給終端客戶。”

利樂?超高速 CAP40 型加蓋機中還配備了多臺倍福 PS3031 電源

實現(xiàn)高精度復(fù)雜運動序列的可靠控制

利樂?超高速 CAP40 型加蓋機關(guān)聯(lián)的軸數(shù)量極為龐大，實軸數(shù)量超過 120 個，并配有 10 個虛擬主軸，充分彰顯了其運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 個動子。此外，系統(tǒng)還配備了約 10 個旋轉(zhuǎn)伺服軸，專門用于包裝輸送、熱熔膠涂膠等任務(wù)。

兩臺并行運行的 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 伺服電機驅(qū)動的其它運動軸的輔助（如上圖所示）

為了確保蓋體能夠精準地依據(jù)其三維幾何形狀進行粘合，必須精確同步控制 XTS 動子的運動以及 X、Y、Z 方向上的各類旋轉(zhuǎn)運動。此處的獨特之處在于，每對動子都通過專門的工具結(jié)構(gòu)相互連接，但它們卻能在兩個平行安裝的 XTS 單元上獨立且協(xié)調(diào)地運行。無論動子是在單個系統(tǒng)上排列成一行，還是分布在兩個不同的系統(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，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 XTS 系統(tǒng)的運動參數(shù)的新值即可。

Stefano Flore 還特別強調(diào)，XTS 動子所具備的獨立控制能力遠遠超出了單純的產(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，最多六個同步動子組成一個作業(yè)批次，協(xié)同進行輪廓涂膠。為此，蓋體支架會通過機械耦合的方式，與并行運行的 XTS 系統(tǒng)的相關(guān)動子一起，在 X 軸和 Y 軸上移動。在這個過程中，系統(tǒng)會自動補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)嚴格監(jiān)測整個過程。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無誤。”這種力源自兩個相互耦合的龍門式動子之間精確的相互作用。XTS 相較于機械系統(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 補充道：“該系統(tǒng)的平均無故障工作時間（MTBF） 實現(xiàn)了超過一倍的增長。”

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無誤地粘貼到包裝盒上

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)，是因為所有與系統(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 ，它們用于運行 HMI 應(yīng)用程序、兩個 XTS 系統(tǒng)、基于 TwinCAT NC PTP 的運動控制以及 TwinCAT PLC。此外，單個控制單元還具備將多種功能（如設(shè)備仿真等）進行組合的能力。此外，所選的硬件平臺為日后擴展更多功能預(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，能夠精準滿足用戶在計算能力、內(nèi)存擴展以及外形規(guī)格等多個方面的需求，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。

利樂公司強大的專家團隊（從左至右）：Davide Borghi、Paolo Scarabelli、Francesco Venturi、Stefano Flore、Andrej Burieta、Stefano Mittarelli、Pierluigi Canalini、Paolo Goldoni、Andrea Lestini、Elena Sachetti 和 Gianmarco Di Eusebio 以及倍福大客戶經(jīng)理 Alexander M?nchmeier（左）在利樂?超高速 CAP40 型加蓋機前

在談及 TwinCAT 軟件的應(yīng)用體驗時，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，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 進行深入的分析工作。總體而言，TwinCAT 為我們提供了極為全面的支持，尤其是在實現(xiàn)我們標準化軟件開發(fā)目標的過程中。”

基于 PC 的控制技術(shù)憑借其開放性和靈活性，在整個領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要作用，他進一步補充道：強大且開放的 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，外形小巧且應(yīng)用靈活多變，當(dāng)有需要時，能夠輕松添加更多軸。AM8000 伺服電機在電機類型、功率、繞組類型等方面都可以定制配置，為達成上述目標提供了有力支持。”

設(shè)備中的 AM8000 伺服電機通過 AX8000 多軸伺服系統(tǒng)控制

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 認為，在面對要求如此嚴苛的應(yīng)用時，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，技術(shù)支持的作用尤為重要。對于利樂?超高速 CAP40 型加蓋機而言，從可行性測試階段伊始，這一點就顯得至關(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。”

雙方之間的緊密合作關(guān)系將在未來得到進一步的深化，因為 Stefano Flore 仍然堅信，在利樂?設(shè)備中采用基于 PC 的控制技術(shù)蘊含著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ骸拔覀冋J為，無電纜技術(shù)（NCT）是 XTS 系統(tǒng)的一項極具前景的進一步升級發(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，能夠像在這個案例中的試點客戶所體驗的那樣，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’。”