自动包装生产系统的运行控制

良好的规划、模块化的设计以及的运动控制、机器视觉和软件方法等将带来更小巧的机器、更快的转换时间以及更高的生产率。

虽然包装过无数产品的各种包装机械并不算是新事物，但是当今的自动化技术提供了一个全新的包装率水平。大部分以前的自动化局限于一种架构，它通过由主电机驱动的大型机械动力轴、动力设备和执行器来完成各种包装功能。这些所谓的*代包装机不能提供或提供很少的变速操作。这样，术语“自动化孤岛”同样具体地形容了包装线。

现在的情况已大不相同。当今的第三化包装机都是电动的，它具有伺服控制并通过先进的性能如电子传动装置和凸轮系统将多轴运动紧密地同步化。这个演变过程中至少还插入一个阶段——第二代的混合包装机，它大部分运用机械自动化，但在一些关键的运动插入伺服控制。第二代包装机拥有很大的安装基础，并仍在许多应用中处于统治地位。

规划非常重要

任何一个包装线自动化项目必须从一个整体的规划开始。Dan Throne, Bosch Rexroth 公司电气驱动和控制业务部门的食品和包装行业，建议一个3步的规划，它聚焦于决定项目的需要、选择正确的自动化伙伴以及评估长期的目标和成本。

Throne 将生产量、精度和转换时间列为主要参数，用于衡量所需要的自动化水平，包括包装线的总体布局和用于处理指定成套产品的生产线数量。这需要OEM和自动化伙伴。他推荐在选择OEM之前选择自动化伙伴，从而保证与技术和控制系统结构方面的专家保持紧密的。

Forte Industries (Mason,OH),一个专门从事改进供应链分配操作的知名专业公司，也强调整体的规划和多步骤的方法使自动化方案获得成功。“重视关键的业务需求。了解你的生产过程、生产量及相关事项。控制的复杂性与过程的复杂性紧密相关。”Forte公司的系统顾问David Gealy这样说。

Bill Tyng, Forte公司的另一个顾问，建议要检查产品的可变性和生产过程中的瓶颈。这些预备工作有助于评估包装线的数量及体积要求等。一个自动化项目应按照概念设计和细节设计的典型步骤进行——据此来鉴别供应商和发布用于报价的投标书——接下来的工作由所选的厂商实现。

同样，Omron Electronics的传感器市场David Grimmett说：“包装线的自动化必须强调公司的业务需求以及纯粹的技术问题。”他认为，用于自动化的成本需要5至10年的时间才能证明是合理的。“自动化的目标在于更快的投运以及用于短期生产的产品的快速转换。”

对于自动化系统的集成人员来说，在向客户发货之前，在中央实验室中建立原型生产线进行演示，这是正常的。

选择结构

PLC仍然在包装线所有控制结构中占统治地位，然而基于软件和基于PC的控制呈上升趋势。Omron的Grimmett认为，PLC对PC的比例约是80对20。Bosch Rexroth也有相同的观点。对于前两代包装机的大量安装基础，估计基于PLC的结构仍保持胜过运动控制类型的结构，其比例大概为70比30。

Forte Industries的Tyng认为，控制结构的类型取决于谁将支持这个系统。一些用户对于PLC有着特别的偏爱。“它也取决于控制系统的复杂程度。如果不具备支持PLC的专长，那么PC控制就是你的选择，”他补充说。

直到zui近，PLC结构和HMI特性相结合在包装机领域中才比较明显。“现在对于全电气化的机器，伺服控制的内容非常重要，以致用户主要关心这样的问题，例如‘我应该使用哪种运动控制器？’或‘控制器需要哪些接口？’”Bosch Rexroth公司的Throne说，PLC已成为可用于这一类全电气化机器上的附加选择，被降级到完成相对次要的控制任务。“但PLC仍然是满足客户提出的技术规格和要求的控制器”，他进行补充。Elau Inc.——专门从事控制第三代包装机解决方案的自动化技术公司——强调在过去的5年中注重包装自动化是提高各种不同机器生产量的原因。成功来自于使用伺服控制，在同一个处理器上集成IEC61131-3运动和逻辑控制以及OMAC（Open Modular Architecture Controls 开放、模块化结构控制）Plug-and-Pack Guideline(即插即封装导则)的各种不同的创新部件。

运动控制的作用

根据Bosch Rexroth 的经验，在当前出售的包装机中，30%~40%有伺服驱动和运动控制。令人吃惊的是，根据Throne所说，对于整个系统而言，第三代和*代机器之间的成本差别相当小。部分的原因在于前者的机械部件减少了80%，而机械部件会带来损耗和增加维护费用。Omron的Grimmett预计在新的包装设备中会有更高比例的伺服电机控制系统。

以前的包装“自动化”典型地使用一个具有变速箱、链条和滑轮等的主电机来传送动力和扭距到需要的地方。这也意味着转换的时间需要几个小时，例如改变纸箱包装机上纸箱的大小。“现在使用的（到伺服电机的）编码器反馈可以快速地调整导轨或其他包装机械的功能。”Grimmett解释说。

出乎工程人员的想象，对增强的运动控制来说，几乎没有什么限制。在采用先进技术的终点，有自动化的连接板，它拼接包装材料的一个滚筒到紧邻位置，因而操作员不需要停止机器的运行就能装载一个新的滚筒。伺服控制还能在生产线的尾端帮助包装物或瓶子进行定向以用于检验或粘贴标签。