為確保網(wǎng)購(gòu)商品能夠完好無(wú)損地送達(dá)消費(fèi)者手中，在運(yùn)輸過(guò)程中，必須保護(hù)包裹免受損壞?？偛课挥谕箍敌侵莅⑵諣栴D市的 CMD 公司專為快節(jié)奏的電商行業(yè)研發(fā)出一套智能快遞袋生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用倍?？刂萍夹g(shù)，無(wú)縫集成生產(chǎn)線上的所有工站：無(wú)論是間歇式還是連續(xù)式運(yùn)行模式，最終形成高度優(yōu)化的工作流程。
CMD 公司深知柔性自動(dòng)化與結(jié)果可復(fù)現(xiàn)性對(duì)于包裝行業(yè)的重要性。為此，這家原始設(shè)備制造商持續(xù)探索創(chuàng)新技術(shù)，并將這些技術(shù)應(yīng)用于高度定制化的塑料轉(zhuǎn)化解決方案賦中，以精準(zhǔn)滿足行業(yè)需求，CMD 這一企業(yè)名稱正是“Custom Machinery Design（定制化機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)）”的精準(zhǔn)詮釋，生動(dòng)體現(xiàn)了其核心的定制化理念。
公司最近開(kāi)始為一家電子商務(wù)領(lǐng)域的合同制造商設(shè)計(jì)一款新型快遞袋包裝機(jī)。CMD 間歇運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品部產(chǎn)品線經(jīng)理 Scott Fuller 表示，高吞吐量和直觀操作界面是其包裝機(jī)設(shè)計(jì)的核心訴求。“這款新型包裝機(jī)速度更快，自動(dòng)化程度更高，解決了我們終端客戶的痛點(diǎn)問(wèn)題。”Fuller 說(shuō)道。終端客戶將為線上零售商定制生產(chǎn)電商商品運(yùn)輸用塑料袋?？蛻舻牧硪粋€(gè)需求是：可適配自動(dòng)化產(chǎn)品裝載的包裝袋。
01
新一代自動(dòng)化解決方案
在全新優(yōu)化的薄膜轉(zhuǎn)換工藝中，1400-GEC 機(jī)器展開(kāi)兩卷薄膜，并在這兩卷薄膜上進(jìn)行套印，并采用連續(xù)縱向熱封。然后，薄膜卷將通過(guò)一系列橫向沖壓成型和熱封工序，根據(jù)訂單需求將材料切割成 1 至 5 條獨(dú)立的包裝袋通道，并添加易撕口設(shè)計(jì)以方便分離。在將成品包裝袋裝箱前，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)客戶指定的使用規(guī)范，執(zhí)行視覺(jué)檢測(cè)程序：在包裝袋內(nèi)注入空氣，并測(cè)量其形狀輪廓。
圖片
這臺(tái)機(jī)器采用了全新的自動(dòng)化工藝。它從連續(xù)運(yùn)動(dòng)切換為間歇運(yùn)動(dòng)，然后在出料階段又回復(fù)為連續(xù)運(yùn)動(dòng)，且能夠在每個(gè)轉(zhuǎn)換階段同步處理不同的工藝任務(wù)。這使它完全不同于我們以往設(shè)計(jì)的任何機(jī)型。”
—— Scott Fuller
要實(shí)時(shí)支持所有這些功能，需要配置具備強(qiáng)大運(yùn)算能力的控制系統(tǒng)。此外，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)還面臨著項(xiàng)目周期極為緊張的挑戰(zhàn)。必須在保證項(xiàng)目如期交付的同時(shí)，確保最終方案能夠順暢運(yùn)行，并具有可靠的品質(zhì)保障。
02
功能強(qiáng)大的編程工具
TwinCAT 自動(dòng)化軟件 是一個(gè)端到端的開(kāi)發(fā)環(huán)境和 Runtime 平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了從 PLC、運(yùn)動(dòng)控制到集成式安全以及物聯(lián)網(wǎng)功能的全面整合。在開(kāi)發(fā)新型操作界面時(shí)，TwinCAT HMI 使 CMD 能夠利用 HTML5、JavaScript 和 CSS 等現(xiàn)代網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編程。由此生成的響應(yīng)式界面通過(guò)更加直觀的 HMI 設(shè)計(jì)提升了用戶體驗(yàn)。
在基于 TwinCAT 進(jìn)行設(shè)備控制編程的過(guò)程中，CMD 與倍福特別項(xiàng)目組 (SPT) 的軟件專家們展開(kāi)了密切合作，并從中獲得了顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。SPT 框架構(gòu)建 ISA-TR88 和 PackML 等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及 TwinCAT 中的相關(guān)功能庫(kù)基礎(chǔ)之上。該技術(shù)有效簡(jiǎn)化了生產(chǎn)線中各個(gè)設(shè)備之間的通信編程工作。對(duì)開(kāi)發(fā)人員而言，其優(yōu)勢(shì)在于他們不需要為每個(gè)新項(xiàng)目重復(fù)造輪子，既能重復(fù)使用現(xiàn)有的代碼，又可快速響應(yīng)新需求進(jìn)行定制化調(diào)整。
03
產(chǎn)線效能全面躍升
CX2033 嵌入式控制器是整條生產(chǎn)線配備的唯一設(shè)備控制器。雙核 AMD Ryzen™ 處理器為倍福 DIN 導(dǎo)軌安裝式控制器提供了強(qiáng)大的算力支撐，并為未來(lái)的升級(jí)和擴(kuò)展預(yù)留了空間。“在資源受限的系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，HMI 會(huì)出現(xiàn)明顯的觸控延遲現(xiàn)象。通過(guò)將 HMI 服務(wù)器部署在提供豐富計(jì)算資源的 CX2033 上，我們成功實(shí)現(xiàn)了觸控面板的極速響應(yīng)操作。”CMD 公司軟件工程師 Adam Benson 解釋道。
EtherCAT 耦合器 EK1914 通過(guò)其數(shù)字量標(biāo)準(zhǔn)接口和安全 I/O，實(shí)現(xiàn)了整條產(chǎn)線的通信集成。除了用于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的 EtherCAT 端子模塊外，各站點(diǎn)的 I/O 網(wǎng)段還集成了 TwinSAFE 安全端子模塊。這使得 CMD 能夠便捷地為生產(chǎn)線中各個(gè)設(shè)備配置安全功能，例如為每個(gè)工具單獨(dú)配置急停按鈕。
在 CMD 公司高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中，EtherCAT 憑借其出色的同步性能，進(jìn)一步釋放了倍福驅(qū)動(dòng)解決方案的性能潛力。該設(shè)備配備了 AX8000 多軸伺服系統(tǒng)和 AM8000 伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)十四軸聯(lián)動(dòng)控制。“AX8000 驅(qū)動(dòng)器在輸出功率與超緊湊設(shè)計(jì)之間實(shí)現(xiàn)了平衡。”CMD 電氣工程師 Jason Plutz 說(shuō)道。“通過(guò)采用集成式安全扭矩關(guān)斷功能，我們成功省去了兩個(gè)大體積的接觸器，顯著節(jié)省了面板空間。”
CMD 公司采用 TwinCAT 3 軟件平臺(tái)中的凸輪運(yùn)動(dòng)控制功能控制快遞袋包裝機(jī)上的兩個(gè)軸。原先安裝在間歇運(yùn)動(dòng)段的開(kāi)袋器通過(guò)凸輪功能被重新定位到下游，效率得到了顯著提升。通過(guò)薄膜卷連續(xù)成型工藝的外推法，開(kāi)袋器可以采用精密凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作時(shí)序的精準(zhǔn)匹配，確保在最佳時(shí)刻完成目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。
為未來(lái)做好充分準(zhǔn)備
通過(guò)采用倍福的軟件框架，CMD 公司將代碼復(fù)用率提升至 90%。采用 TwinCAT HMI 后，團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出了具有卓越定制化能力、更直觀的操作界面。“新版操作界面與我們?cè)械?HMI 界面布局相似，但設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔、更加人性化。”軟件工程師 Adam Benson 說(shuō)道。
通過(guò) EtherCAT 通信的 CX2033 嵌入式控制器用于控制整臺(tái)設(shè)備，顯著加快了 CMD 的設(shè)備生產(chǎn)節(jié)拍。“所有環(huán)節(jié)都能保持統(tǒng)一的高速掃描，這是一項(xiàng)巨大優(yōu)勢(shì)。不同速度的工序站點(diǎn)之間完全不需要擔(dān)心通信問(wèn)題，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)采用的是全局同步更新機(jī)制。”Jason Plutz 解釋道。這使得 CMD 團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了每分鐘處理 200 英尺（約 60 米）塑料薄膜的目標(biāo)吞吐量。這意味著每條產(chǎn)線每分鐘可產(chǎn)出 100 個(gè)包裝袋，最終實(shí)現(xiàn)了每分鐘 300 至 500 個(gè)包裝袋的驚人總產(chǎn)量。
展望未來(lái)，CMD 團(tuán)隊(duì)計(jì)劃升級(jí)至搭載四核 AMD Ryzen™ 處理器的 CX2043，以獲得更強(qiáng)大的設(shè)備控制性能。倍福擁有豐富的工業(yè) PC 產(chǎn)品線，具有高可擴(kuò)展性，支持在不重新設(shè)計(jì)的情況下實(shí)現(xiàn)性能調(diào)整。
關(guān)于德國(guó)倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動(dòng)化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國(guó)威爾市。作為全球自動(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動(dòng)者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場(chǎng)總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開(kāi)放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過(guò) 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國(guó)內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽(yáng)能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國(guó)國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍?；?PC 的控制技術(shù)具有良好的開(kāi)放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
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