良好的規(guī)劃、模塊化的設(shè)計以及的運動控制、機器視覺和軟件方法等將帶來更小巧的機器、更快的轉(zhuǎn)換時間以及更高的生產(chǎn)率。

　　雖然包裝過無數(shù)產(chǎn)品的各種包裝機械并不算是新事物，但是當今的自動化技術(shù)提供了一個全新的包裝率水平。大部分以前的自動化局限于一種架構(gòu)，它通過由主電機驅(qū)動的大型機械動力軸、動力設(shè)備和執(zhí)行器來完成各種包裝功能。這些所謂的*代包裝機不能提供或提供很少的變速操作。這樣，術(shù)語“自動化孤島”同樣具體地形容了包裝線。
　　現(xiàn)在的情況已大不相同。當今的第三化包裝機都是電動的，它具有伺服控制并通過*的性能如電子傳動裝置和凸輪系統(tǒng)將多軸運動緊密地同步化。這個演變過程中至少還插入一個階段——第二代的混合包裝機，它大部分運用機械自動化，但在一些關(guān)鍵的運動插入伺服控制。第二代包裝機擁有很大的安裝基礎(chǔ)，并仍在許多應(yīng)用中處于統(tǒng)治地位。

　　規(guī)劃非常重要
　　任何一個包裝線自動化項目必須從一個整體的規(guī)劃開始。Dan Throne, Bosch Rexroth 公司電氣驅(qū)動和控制業(yè)務(wù)部門的食品和包裝行業(yè)，建議一個3步的規(guī)劃，它聚焦于決定項目的需要、選擇正確的自動化伙伴以及評估長期的目標和成本。
　　Throne 將生產(chǎn)量、精度和轉(zhuǎn)換時間列為主要參數(shù)，用于衡量所需要的自動化水平，包括包裝線的總體布局和用于處理成套產(chǎn)品的生產(chǎn)線數(shù)量。這需要OEM和自動化伙伴。他推薦在選擇OEM之前選擇自動化伙伴，從而保證與技術(shù)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的專家保持緊密的。
　　Forte Industries （Mason,OH）,一個專門從事改進供應(yīng)鏈分配操作的專業(yè)公司，也強調(diào)整體的規(guī)劃和多步驟的方法使自動化方案獲得成功。“重視關(guān)鍵的業(yè)務(wù)需求。了解你的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)量及相關(guān)事項。控制的復(fù)雜性與過程的復(fù)雜性緊密相關(guān)。”Forte公司的系統(tǒng)顧問David Gealy這樣說。
　　Bill Tyng, Forte公司的另一個顧問，建議要檢查產(chǎn)品的可變性和生產(chǎn)過程中的瓶頸。這些預(yù)備工作有助于評估包裝線的數(shù)量及體積要求等。一個自動化項目應(yīng)按照概念設(shè)計和細節(jié)設(shè)計的典型步驟進行——據(jù)此來鑒別供應(yīng)商和發(fā)布用于報價的投標書——接下來的工作由所選的廠商實現(xiàn)。
　　同樣，Omron Electronics的傳感器市場David Grimmett說：“包裝線的自動化必須強調(diào)公司的業(yè)務(wù)需求以及純粹的技術(shù)問題。”他認為，用于自動化的成本需要5至10年的時間才能證明是合理的。“自動化的目標在于更快的投運以及用于短期生產(chǎn)的產(chǎn)品的快速轉(zhuǎn)換。”
　　對于自動化系統(tǒng)的集成人員來說，在向客戶發(fā)貨之前，在中央實驗室中建立原型生產(chǎn)線進行演示，這是正常的。

　　選擇結(jié)構(gòu)
　　PLC仍然在包裝線所有控制結(jié)構(gòu)中占統(tǒng)治地位，然而基于軟件和基于PC的控制呈上升趨勢。Omron的Grimmett認為，PLC對PC的比例約是80對20。Bosch Rexroth也有相同的觀點。對于前兩代包裝機的大量安裝基礎(chǔ)，估計基于PLC的結(jié)構(gòu)仍保持勝過運動控制類型的結(jié)構(gòu)，其比例大概為70比30。
　　Forte Industries的Tyng認為，控制結(jié)構(gòu)的類型取決于誰將支持這個系統(tǒng)。一些用戶對于PLC有著特別的偏愛。“它也取決于控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度。如果不具備支持PLC的專長，那么PC控制就是你的選擇，”他補充說。
　　直到zui近，PLC結(jié)構(gòu)和HMI特性相結(jié)合在包裝機領(lǐng)域中才比較明顯。“現(xiàn)在對于全電氣化的機器，伺服控制的內(nèi)容非常重要，以致用戶主要關(guān)心這樣的問題，例如‘我應(yīng)該使用哪種運動控制器？’或‘控制器需要哪些接口？’”Bosch Rexroth公司的Throne說，PLC已成為可用于這一類全電氣化機器上的附加選擇，被降級到完成相對次要的控制任務(wù)。“但PLC仍然是滿足客戶提出的技術(shù)規(guī)格和要求的控制器”，他進行補充。Elau Inc.——專門從事控制第三代包裝機解決方案的自動化技術(shù)公司——強調(diào)在過去的5年中注重包裝自動化是提高各種不同機器生產(chǎn)量的原因。成功來自于使用伺服控制，在同一個處理器上集成IEC61131-3運動和邏輯控制以及OMAC（Open Modular Architecture Controls 開放、模塊化結(jié)構(gòu)控制）Plug-and-Pack Guideline（即插即封裝導則）的各種不同的創(chuàng)新部件。

　　運動控制的作用
　　根據(jù)Bosch Rexroth 的經(jīng)驗，在當前出售的包裝機中，30%~40%有伺服驅(qū)動和運動控制。令人吃驚的是，根據(jù)Throne所說，對于整個系統(tǒng)而言，第三代和*代機器之間的成本差別相當小。部分的原因在于前者的機械部件減少了80%，而機械部件會帶來損耗和增加維護費用。Omron的Grimmett預(yù)計在新的包裝設(shè)備中會有更高比例的伺服電機控制系統(tǒng)。
　　以前的包裝“自動化”典型地使用一個具有變速箱、鏈條和滑輪等的主電機來傳送動力和扭距到需要的地方。這也意味著轉(zhuǎn)換的時間需要幾個小時，例如改變紙箱包裝機上紙箱的大小。“現(xiàn)在使用的（到伺服電機的）編碼器反饋可以快速地調(diào)整導軌或其他包裝機械的功能。”Grimmett解釋說。
　　出乎工程人員的想象，對增強的運動控制來說，幾乎沒有什么限制。在采用*技術(shù)的終點，有自動化的連接板，它拼接包裝材料的一個滾筒到緊鄰位置，因而操作員不需要停止機器的運行就能裝載一個新的滾筒。伺服控制還能在生產(chǎn)線的尾端幫助包裝物或瓶子進行定向以用于檢驗或粘貼標簽。

　　視覺系統(tǒng)、傳感器及其他
　　包裝線的自動化程度日益增加，促使將機器視覺系統(tǒng)用于檢驗產(chǎn)品。因為視覺系統(tǒng)能檢查產(chǎn)品的某種特性或檢查產(chǎn)品是否到位與/或校正標簽的位置。推動這股潮流的動力在于其成本更低，同時更多的用戶對使用視覺系統(tǒng)的意識增強。
　　要求精密和可靠的應(yīng)用系統(tǒng)是采用視覺系統(tǒng)的另外一個因素。藥品包裝的要求zui高，需要加工過程100%的有效。“在加工過程中安裝一個視覺系統(tǒng)，能發(fā)現(xiàn)并清除批量生產(chǎn)中不合格的產(chǎn)品。這相當于在過程中閉合了回路，”Omron的Grimmett說。
Grimmett解釋，在一些包裝應(yīng)用中，對能感知到干凈、清潔的物體（如儲物袋、瓶子等）的要求日益增強。一個產(chǎn)品例子就是Omron的E3Z-B后反射傳感器，它能偵測到非常小的亮度變化。定制的光學和電子技術(shù)使具有這種*水準的傳感器成為可能。典型的應(yīng)用是PET塑料瓶生產(chǎn)線，能夠檢查瓶蓋和商標的位置。
　　Forte公司的Gealy說，觸摸屏（顯示在線診斷、重量標定的操作作員站）和類似的設(shè)備代表了自動化的另一個分支。對于操作員接口和顯示器來說，關(guān)鍵是能過濾掉提供的大量數(shù)據(jù)并向用戶傳達zui有意義的信息。在自動化過程中必須能識別對操作者是關(guān)鍵的圖形和數(shù)據(jù)。

　　分布式控制
　　也許第三代包裝技術(shù)中優(yōu)勢的地方在于它能將運動控制分散到每個單獨的機器或生產(chǎn)段中。處理特定包裝站的每個伺服驅(qū)動和伺服電機能夠由一個控制器通過光纖網(wǎng)絡(luò)（如SERCOS）地進行同步。
　　Bosch Resroth的第三代包裝機的運動/邏輯控制器采取的不是基于機架（一般指PLC）就是基于PC的形式。一個控制器處理多達40個運動軸從而減輕系統(tǒng)控制器的負擔，運行20個軸的更為典型，Throne說。多控制器能夠處理多達1280個軸。
　　以前，不能通過同步化以形成一個集成的生產(chǎn)線，Elau公司技術(shù)人員Tom Jensen說。“包裝線過去依靠許多聚集起來的設(shè)備，這樣在機器之間的加工過程中必須排隊進行。現(xiàn)在，包裝者意識到將包裝線更加緊密地進行同步化的好處。”傳送裝置更多地作為機器之間的產(chǎn)品收集器，包括一些靈巧的變型，例如節(jié)省地面空間的螺旋形傳送帶。
　　包裝線中控制器之間的同步是獨立于電機驅(qū)動同步的一個令人關(guān)注的問題。這種同步參照OMAC的同步化總線（基于IEEE1588），為了保證*化的數(shù)據(jù)流，它力求在分布式測試、測量或控制系統(tǒng)中的不同部分統(tǒng)一時鐘。
　　現(xiàn)在生產(chǎn)商設(shè)計更加模塊化、多功能的機器，它擺脫了長期以來累積的瓶頸問題并減少了體積大小。模塊化的設(shè)計還加速包裝形式的改變并使重新配置未來機器成為可能。
　　一個OEM能夠，例如，將一個紙板包裝模塊插入到一個填充/封裝機，或增加一個箱體包裝機器人到紙板包裝機中。在控制層中，增加一個大代碼塊（如IEC功能塊）就能實現(xiàn)這個附加功能，而不需要更多的控制硬件。“控制的可伸縮程度是第三代包裝機的一個重要屬性，”Jensen補充。
　　他認為要使第三代的包裝機更具有競爭力，至少應(yīng)該采取集成的運動和邏輯控制。
　　Jensen的觀點是，自動化的架構(gòu)必須超出PLC類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這樣才能有效地接口到MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）數(shù)據(jù)、接口到影響生產(chǎn)量的上游操作以及能看到設(shè)備效率的整體畫面。
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使包裝生產(chǎn)線有效地自動化的3個步驟

　　確定你的需要
　　確定你的包裝線的生產(chǎn)量、性和需要轉(zhuǎn)換的頻繁程度—即生產(chǎn)線的數(shù)量和在同一生產(chǎn)線運作不同產(chǎn)品的靈活性類型。這將有助于你決定生產(chǎn)線類型的布局以及你需要的自動化機器的水準。如果你的生產(chǎn)線是一條慢速的且只生產(chǎn)一種產(chǎn)品的線，則在機器上需要運行一個固定的機械裝置。
　　對為您制造機器的原始設(shè)備制造商（OEM）自動化水平進行調(diào)查，如：
　　◆ 第1代——非伺服，生產(chǎn)線上的機器由機械軸驅(qū)動；
　　◆ 第2代——混合型，在關(guān)鍵的機器區(qū)有少數(shù)伺服；
　　◆ 第3代——都是基于伺服的電氣設(shè)備，提供zui高的生產(chǎn)量和靈活的操作轉(zhuǎn)換。
　　請注意OEM使用的是哪種控制器（或他們的自動化伙伴是誰）——用于運動、邏輯、伺服、HMI、I/O系列和電機等。找出大多數(shù)你的OEM所使用的是哪個自動化供應(yīng)商提供的解決方案；由于已經(jīng)為OEM所接收、認可，供應(yīng)商將為你提供較低成本的控制解決方案的機遇。研究這個自動化方案供應(yīng)商提供的技術(shù)，它是否適合于你的要求和靈活程度。一旦OEM作為被擔保人過期，你必須能支持你所選擇的自動化解決方案。
　　
　　選擇您需要的自動化伙伴
　　在選擇OEM之前，請選擇一個自動化伙伴。
　　A 選擇了解這個行業(yè)并精通食品和包裝應(yīng)用的伙伴。你需要一個關(guān)心您的利益并能夠在惡酷的生產(chǎn)環(huán)境下進行管理的伙伴。
　　B 要求一個開放架構(gòu)的運動控制器系統(tǒng)，而不是一個鎖定于特定控制器、驅(qū)動和電機等的架構(gòu)。
　　C 選擇一個可以為你的應(yīng)用提供正確技術(shù)的伙伴，例如用于高速生產(chǎn)線（如連續(xù)作業(yè)卷繞機和紙板包裝機）的交流伺服驅(qū)動和用于紙箱包裝機以及碼垛機的氣動技術(shù)，它需要的自動化技術(shù)的成本zui低。同樣，應(yīng)該為你的機器的傳送帶和其他部件考慮自動化機械的解決方案。
　　D 選擇一個伙伴，他能在范圍內(nèi)提供并能對你的要求足夠地重視。你的伙伴應(yīng)該專心致志、工作努力，并為正確地完成任務(wù)而提供適用資源。
　　E 選擇一個真正的性伙伴，他在北美、歐洲和亞洲有堅實的基礎(chǔ)。為什么呢？因為你的一些OEM供應(yīng)的設(shè)備可能來自其他國家。
　　F 選擇一個注重更高性能系統(tǒng)的伙伴，而不是只能處理你的系統(tǒng)的60%~70%，但將更困難的部分留給其他供應(yīng)商的人。在這種情況下，你將會有兩種控制系統(tǒng)滿足你的需要——而zui終將限制整個生產(chǎn)量。
　　G 向當今*的自動化伙伴要求提供關(guān)鍵的技術(shù)：
　　◆ 在單個控制器上，伺服的多軸同步高達40個；
　　◆ 到驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)字SERCOS光纖通信；
　　◆ 230~480V交流（能自動測定范圍）的更高電壓的驅(qū)動，三相輸入，這樣不需要使用變壓器；
　　◆ 內(nèi)置的、*的電機反饋，您的機器不需要歸原位，從而節(jié)省時間和金錢；
　　◆ 控制、驅(qū)動和電機上有可拆卸的閃存（flash memory）的性能，這樣能快速方便的進行更換。不需要通過膝上型計算機下載的軟件修訂本；
　　◆ 當您試圖集成來自不同OEM的機器，將一臺機器的控制與另一臺進行同 步化的能力會大大地減少了接口的問題。這能夠節(jié)省幾個月在工廠進行集成的時間，因而能將你的產(chǎn)品更快地推向市場。
　　不要因小失大
　　選擇穩(wěn)定的和易于溝通業(yè)務(wù)的OEM。要明確他們理解你的長遠目標并能準時地提供資源。
　　如果可能的話，為你的整個自動化生產(chǎn)線選擇一個OEM伙伴——附非你的生產(chǎn)過程非常特殊，因而需要對該應(yīng)用是*的OEM?？梢钥紤]選擇zui大、的OEM，他可以將工作分別承包給一些小的OEM。這樣你的責任可以單一化，避免了通信和集成的問題。
　　一旦你選定了自動化伙伴和OEM，可以在項目啟動前召開一次集中的會議，包括OEM、系統(tǒng)集成商（如果有的話）、自動化伙伴和您公司的項目。這個會議應(yīng)該得到的結(jié)果包括：
　　◆ 確保每個與會人都認可他/她的責任；
　　◆ 制定并認可項目的階段表；
　　◆ 確立相互溝通的基本規(guī)則；
　　◆ 同意在項目中出現(xiàn)重大問題的時候隨時召開會議；
　　◆ 在項目全部完成并可以鑒定好或壞的實踐效果時召開會議。如果一切進行順利，則將來還有合作的機會。
　　這將有利于項目的平滑進行，減少意外事件的發(fā)生。