無論是處理餅干、牙膏、醫藥或化妝品，合同包裝商都總是處于要快速做出改變生產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地區的合同包裝商Packaging Division Industries有限責任公司（PDI）安裝了Ultra Packaging公司的伺服驅動的垂直紙板包裝機。位于伊利諾伊州Bensenville的原始設備制造商Ultra Packaging公司生產紙板包裝設備，為包裝行業提供服務已經超過了13年，熟悉其客戶在改變生產模式方面所面臨的挑戰。 [align=center] 圖1：使用伺服系統的優勢在于：紙板豎起軸的電子凸輪線 可以精確控制產品位置，與傳送帶的速度同步。[/align] 傳統的垂直紙板包裝機依賴于機械動力軸和連桿將紙板箱直立起來并使之在機器上移動。在尋求改善機器有效運行時間的過程中，Ultra Packaging公司分析了機械紙板包裝機的不足之處，包括機器維護和故障檢修所需的時間，更重要的是隨產品改變而轉換包裝機所需的時間。該公司想簡化這些任務，減少執行這些任務所要做的工作。 　　 在其最新的機器設計中，Ultra Packaging公司采用了全伺服GEN III包裝自動化方案，成功地將其垂直紙板包裝機上面的機械控制運動轉換成了來自于Bosch Rexroth公司電子驅動及控制技術小組的伺服馬達及驅動系統。 　　 為了理解垂直紙板包裝機上的伺服控制運動所帶來的好處，我們來看看Ultra Packaging公司的Veronica紙板包裝機的功能。伺服馬達用來控制機器的關鍵部位，提供紙板箱、產品、紙板合頁褶縫與粘接的精確同步。平的空白卡紙直立起來形成紙板箱，然后被放到穿過機器的傳送帶上。在這個過程中，紙板箱底部封閉，產品從紙板箱頂部的開口裝進去。然后紙板箱上部封閉、膠合。整個過程必須由伺服系統緊密同步，以避免機器頻繁卡住紙板箱。 　　 在這個過程中，使用了七個Bosch Rexroth EcoDriver Cs驅動器和MSC小型交流伺服馬達提供機器的同步化、凸輪分配和粘接功能。伺服驅動器用業界標準的SERCOS數字光纖網絡控制，為系統里的每個交流伺服系統提供32位的命令信號和診斷分析反饋。 　　 該機器沒有使用傳統的可編程控制器做運動控制，而是用Bosch Rexroth的高性能PPC（PowerPC）運動與運動控制器進行控制。這個緊湊的架式系統在所有軸向上都提供了全部同步化運動，以及對機器上的24伏直流I/O連接的邏輯編程。模擬I/O連接到以可調速度運行紙板匣子和出料傳送帶的兩個交流驅動器上。Ultra Packaging選擇這個控制系統是看中了其多軸向同步化能力及其堵塞或掉電后無需復位就可恢復生產的能力。 Veronica的伺服控制使我們的生產線開機時間更長而關機時間、故障檢修和維護時間都更短。 對于Ultra Packaging公司來說，Veronica型號這種以伺服系統為中心的設計是第一次，而這種設計在業界也比較獨特。Veronica提供每分鐘20到120個的持續式或間歇式紙板包裝速度，所支持的紙板箱規格范圍很廣，從小至2×0.75×4.5英寸，到大至10×4×12英寸。而其最主要的特點就是所說的快速而簡單的生產模式切換能力。 　　 Ultra Packaging公司副總裁Bob Stockus表示，“對于需要頻繁切換生產模式的合同包裝商或其它涉及包裝的企業來說，與常見的30到90分鐘的機械改變所需時間相比，Veronica 10分鐘的典型切換時間是一個頗具吸引力、可節省成本的特點。” 　　 據Stockus稱，一個生產商從寬度（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秒鐘時間，而在機械式紙板包裝機上做這種切換需要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，而機械式紙板包裝機需要5分鐘。 　　 Veronica的操作員可以通過人機接口面板修改多達50項的紙板箱大小設定值。Ultra Packaging還增加了一項特性，使每個產品在HMI屏幕上以圖像方式顯示，而不是以產品代碼或編號的形式。這就使操作員能夠更快地識別出產品，從而易于更方便地做出修改操作。 　　 Stockus表示，“Rexroth伺服系統和PPC的結合使用使Veronica的操作員簡單的點擊HMI屏幕上的圖標就可修改產品尺寸。這使得合同包裝商客戶能顯著地縮短關機時間，提高產品切換能力。而更強的能力意味著更高的利潤。” 　　 Stockus說，運動控制的同步化是設計Veronica時的最大挑戰。Ultra Packaging公司使用的第一個伺服系統由另外一家供應商提供，配置成五個獨立的伺服驅動器，這樣在實現精確度和同步化方面就有問題。公司于是評估了其它供應商的多種技術。他們考慮了技術、價格、在食品和包裝業界的應用知識、以及預期能從供應商那里得到的技術支持水平。Stockus認為公司選擇了Bosch Rexroth公司作為供應商是因為看重了后者在包裝行業的經驗，及其伺服系統/PPC包裝技術的多軸向同步化能力。影響Ultra Packaging公司決定的另一個特點就是，Rexroth公司的伺服系統在堵塞或掉電后不需要復位。系統會記住馬達傳動軸的位置，這一特性將機器的恢復速度提高了80%之多。 　　 紙板包裝機伺服控制的合頁折疊功能是一個快速恢復的例子，在業界這是比較獨特的功能，因為通常這是一個機械式的操作。Stockus表示，“將這種運動轉為伺服控制方式的好處在于，機器的程序可以設置為紙板箱合頁折疊失敗而導致堵塞時停下來，避免導致損壞。此外，有警示燈向操作員發出堵塞警報。HMI的觸摸屏上會顯示出堵塞發生的位置，而機器會快速的復位到適當的位置。” [align=center] 圖2：Ultra Packaging 公司的伺服驅動的Veronica 垂直紙板包裝機對 于需要在包裝作業時快速改變生產模式的最終用戶 及合作包裝商來說是理想的機器。[/align] [align=center] 圖3：Veronica用Bosch Rexroth的PPC運動及邏輯控制器進行控制， 通過SERCOS光纖網絡指揮其小巧的驅動器。[/align] 相反，機械式合頁折疊機上發生堵塞將會損壞紙板箱（可能會損壞一連串），并需要使用扳手或其它工具重新調整機器的產品位置。Rexroth公司的伺服馬達、驅動器和PPC配合工作，自動重新設定位置，記住原有位置并執行糾正動作，所以不會損失紙板箱。解決這種類型的堵塞所需花費的時間也顯著縮短。平均說來，伺服系統解決一個堵塞問題需要的時間不到2分鐘，而相應的機械式設備解決相同的問題需要長達10分鐘的時間。 　　 伺服控制的另外一個好處就是間歇性運動曲線是自動計算的，可以在多種生產速度和相應的產品尺寸下保持裝料時的適當停留。類似的，紙板豎起軸的電子凸輪線實現了精確的產品定位，與傳送帶的速度同步，而真空卸模杯的高速縮回避免了對運動的機器部件的干擾。 　　 Stockus認為伺服系統和機器的設計的亮點在于： 　　■使用預先設定的配置單進行快速切換，快速識別堵塞情況，即時解決問題恢復生產，顯著縮短了關機時間； 　　■具有扭矩設置，在發生堵塞時向機器發出信號關機，避免損壞紙板箱，防止在罕見情況下操作員被掛住衣服而受到傷害； 　　■消除了對滾軸鏈的使用，轉而采用定時皮帶，與使用滾軸鏈的包裝機相比，機器上需要潤滑的點減少了75%。 　　 PDI公司是Ultra Package公司的第一批意圖在生產線上添置Veronica垂直紙板包裝機的客戶之一。PDI公司的維護經理Rey Interian表示，公司購買包裝機是為了擴大其54萬平方英尺廠房的生產容量。PDI公司主要為需要對餅干或其它產品進行多種單位包裝的零售和倉儲企業提供服務，所以Interian將PDI公司面臨的最大挑戰定義為快速切換生產模式、快速啟動以及總體的多樣性產品處理能力也就不奇怪了。 　　 對于PDI公司來說，伺服驅動的主要優勢在于消除了在切換生產模式時對紙板箱長度和深度的手工調節。Interian還列出了伺服驅動包裝機的其它好處，包括生產速度、生產定位精確度、紙板箱大小多樣性、以及減少維護工作量。Interian認為，“這種包裝機使PDI提高了15%的生產率，當然具體的數字還與被包裝的產品有關。典型的生產模式切換時間從相當的機械式包裝機所需要的將近6小時縮減到了Veronica的30分鐘。” 　　 Interian還指出，快速的故障點識別功能使操作員能夠快速解決堵塞問題或其它問題，并將包裝機恢復到生產狀態，這種過程需要的時間是機械式包裝機所需時間的幾分之一。Interian還認為定時皮帶的使用是關鍵因素，因為相對于運行于導軌上的滾軸鏈而言，定時皮帶顯著降低了噪音水平。他表示，“定時皮帶對于操作人員來說更為安全，因為一旦發生意外，金屬制成的滾軸鏈和突緣帶來的傷害后果比Veronica的定時皮帶所帶來的要嚴重。” 　　 Interian說，“使包裝機保持運轉對于像我們這樣的業務來說顯然是至關重要的，因為我們要在更短的運行期內處理大量不同的產品尺寸和配置。Veronica的伺服控制使我們能夠在維持生產狀態的時間更多，而切換生產模式、故障檢修和維護所需的關機時間更短。自然，這樣就使得PDI公司擁有了更大的處理多種產品的能力，從而能為我們的客戶提供更高效率的服務。”