無(wú)論是處理餅干、牙膏、醫(yī)藥或化妝品，合同包裝商都總是處于要快速做出改變生產(chǎn)模式以滿足其客戶的各種紙板包裝要求的壓力之下。為了滿足這種需要，伊利諾伊州Northlake地區(qū)的合同包裝商Packaging Division Industries有限責(zé)任公司（PDI）安裝了Ultra Packaging公司的伺服驅(qū)動(dòng)的垂直紙板包裝機(jī)。位于伊利諾伊州Bensenville的原始設(shè)備制造商Ultra Packaging公司生產(chǎn)紙板包裝設(shè)備，為包裝行業(yè)提供服務(wù)已經(jīng)超過(guò)了13年，熟悉其客戶在改變生產(chǎn)模式方面所面臨的挑戰(zhàn)。

    傳統(tǒng)的垂直紙板包裝機(jī)依賴于機(jī)械動(dòng)力軸和連桿將紙板箱直立起來(lái)并使之在機(jī)器上移動(dòng)。在尋求改善機(jī)器有效運(yùn)行時(shí)間的過(guò)程中，Ultra Packaging公司分析了機(jī)械紙板包裝機(jī)的不足之處，包括機(jī)器維護(hù)和故障檢修所需的時(shí)間，更重要的是隨產(chǎn)品改變而轉(zhuǎn)換包裝機(jī)所需的時(shí)間。該公司想簡(jiǎn)化這些任務(wù)，減少執(zhí)行這些任務(wù)所要做的工作。
　　
    在其最新的機(jī)器設(shè)計(jì)中，Ultra Packaging公司采用了全伺服GEN III包裝自動(dòng)化方案，成功地將其垂直紙板包裝機(jī)上面的機(jī)械控制運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成了來(lái)自于Bosch Rexroth公司（www.boschrexroth-us.com）電子驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)小組的伺服馬達(dá)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
　　
    為了理解垂直紙板包裝機(jī)上的伺服控制運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的好處，我們來(lái)看看Ultra Packaging公司的Veronica紙板包裝機(jī)的功能。伺服馬達(dá)用來(lái)控制機(jī)器的關(guān)鍵部位，提供紙板箱、產(chǎn)品、紙板合頁(yè)褶縫與粘接的精確同步。平的空白卡紙直立起來(lái)形成紙板箱，然后被放到穿過(guò)機(jī)器的傳送帶上。在這個(gè)過(guò)程中，紙板箱底部封閉，產(chǎn)品從紙板箱頂部的開(kāi)口裝進(jìn)去。然后紙板箱上部封閉、膠合。整個(gè)過(guò)程必須由伺服系統(tǒng)緊密同步，以避免機(jī)器頻繁卡住紙板箱。
　　
    在這個(gè)過(guò)程中，使用了七個(gè)Bosch Rexroth EcoDriver Cs驅(qū)動(dòng)器和MSC小型交流伺服馬達(dá)提供機(jī)器的同步化、凸輪分配和粘接功能。伺服驅(qū)動(dòng)器用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的SERCOS數(shù)字光纖網(wǎng)絡(luò)控制，為系統(tǒng)里的每個(gè)交流伺服系統(tǒng)提供32位的命令信號(hào)和診斷分析反饋。
　　
    該機(jī)器沒(méi)有使用傳統(tǒng)的可編程控制器做運(yùn)動(dòng)控制，而是用Bosch Rexroth的高性能PPC（PowerPC）運(yùn)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行控制。這個(gè)緊湊的架式系統(tǒng)在所有軸向上都提供了全部同步化運(yùn)動(dòng)，以及對(duì)機(jī)器上的24伏直流I/O連接的邏輯編程。模擬I/O連接到以可調(diào)速度運(yùn)行紙板匣子和出料傳送帶的兩個(gè)交流驅(qū)動(dòng)器上。Ultra Packaging選擇這個(gè)控制系統(tǒng)是看中了其多軸向同步化能力及其堵塞或掉電后無(wú)需復(fù)位就可恢復(fù)生產(chǎn)的能力。

    Veronica的伺服控制使我們的生產(chǎn)線開(kāi)機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)而關(guān)機(jī)時(shí)間、故障檢修和維護(hù)時(shí)間都更短。

    對(duì)于Ultra Packaging公司來(lái)說(shuō)，Veronica型號(hào)這種以伺服系統(tǒng)為中心的設(shè)計(jì)是第一次，而這種設(shè)計(jì)在業(yè)界也比較獨(dú)特。Veronica提供每分鐘20到120個(gè)的持續(xù)式或間歇式紙板包裝速度，所支持的紙板箱規(guī)格范圍很廣，從小至2×0.75×4.5英寸，到大至10×4×12英寸。而其最主要的特點(diǎn)就是所說(shuō)的快速而簡(jiǎn)單的生產(chǎn)模式切換能力。
　　
    Ultra Packaging公司副總裁Bob Stockus表示，“對(duì)于需要頻繁切換生產(chǎn)模式的合同包裝商或其它涉及包裝的企業(yè)來(lái)說(shuō)，與常見(jiàn)的30到90分鐘的機(jī)械改變所需時(shí)間相比，Veronica 10分鐘的典型切換時(shí)間是一個(gè)頗具吸引力、可節(jié)省成本的特點(diǎn)�！�
　　
    據(jù)Stockus稱，一個(gè)生產(chǎn)商從寬度（從左到右的尺度）為7.5英寸的谷類食品包裝盒到寬度為1.75英寸的牙膏盒只需要3秒鐘時(shí)間，而在機(jī)械式紙板包裝機(jī)上做這種切換需要10到12分鐘。與此類似，垂直方向上（深度）的尺度改變大約需要3秒鐘，而機(jī)械式紙板包裝機(jī)需要5分鐘。
　　
    Veronica的操作員可以通過(guò)人機(jī)接口面板修改多達(dá)50項(xiàng)的紙板箱大小設(shè)定值。Ultra Packaging還增加了一項(xiàng)特性，使每個(gè)產(chǎn)品在HMI屏幕上以圖像方式顯示，而不是以產(chǎn)品代碼或編號(hào)的形式。這就使操作員能夠更快地識(shí)別出產(chǎn)品，從而易于更方便地做出修改操作。
　　
    Stockus表示，“Rexroth伺服系統(tǒng)和PPC的結(jié)合使用使Veronica的操作員簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊HMI屏幕上的圖標(biāo)就可修改產(chǎn)品尺寸。這使得合同包裝商客戶能顯著地縮短關(guān)機(jī)時(shí)間，提高產(chǎn)品切換能力。而更強(qiáng)的能力意味著更高的利潤(rùn)�！�
　　
    Stockus說(shuō)，運(yùn)動(dòng)控制的同步化是設(shè)計(jì)Veronica時(shí)的最大挑戰(zhàn)。Ultra Packaging公司使用的第一個(gè)伺服系統(tǒng)由另外一家供應(yīng)商提供，配置成五個(gè)獨(dú)立的伺服驅(qū)動(dòng)器，這樣在實(shí)現(xiàn)精確度和同步化方面就有問(wèn)題。公司于是評(píng)估了其它供應(yīng)商的多種技術(shù)。他們考慮了技術(shù)、價(jià)格、在食品和包裝業(yè)界的應(yīng)用知識(shí)、以及預(yù)期能從供應(yīng)商那里得到的技術(shù)支持水平。Stockus認(rèn)為公司選擇了Bosch Rexroth公司作為供應(yīng)商是因?yàn)榭粗亓撕笳咴诎�裝行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，及其伺服系統(tǒng)/PPC包裝技術(shù)的多軸向同步化能力。影響Ultra Packaging公司決定的另一個(gè)特點(diǎn)就是，Rexroth公司的伺服系統(tǒng)在堵塞或掉電后不需要復(fù)位。系統(tǒng)會(huì)記住馬達(dá)傳動(dòng)軸的位置，這一特性將機(jī)器的恢復(fù)速度提高了80%之多。
　　
    紙板包裝機(jī)伺服控制的合頁(yè)折疊功能是一個(gè)快速恢復(fù)的例子，在業(yè)界這是比較獨(dú)特的功能，因?yàn)橥ǔ＿@是一個(gè)機(jī)械式的操作。Stockus表示，“將這種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為伺服控制方式的好處在于，機(jī)器的程序可以設(shè)置為紙板箱合頁(yè)折疊失敗而導(dǎo)致堵塞時(shí)停下來(lái)，避免導(dǎo)致?lián)p壞。此外，有警示燈向操作員發(fā)出堵塞警報(bào)。HMI的觸摸屏上會(huì)顯示出堵塞發(fā)生的位置，而機(jī)器會(huì)快速的復(fù)位到適當(dāng)?shù)奈恢��！?nbsp;