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摘要：你是否曾仔細(xì)研究過，茶葉是如何裝進(jìn)那些小包裝袋中的，以及沖泡時，茶葉如何保留在包裝袋內(nèi)？Teepack 公司自1948年成立至今，專注茶葉自動化包裝設(shè)備的研發(fā)和制造。Franz Andel和 Sascha Theine為其旗艦產(chǎn) 品Perfecta 450配備了倍福基于PC的控制技術(shù)和驅(qū)動技術(shù)，樹立了茶葉袋包裝設(shè)備速度和精度的新標(biāo)桿。

文/倍福中國自動化有限公司

  產(chǎn)品名稱已經(jīng)說明了一切：這家位于 Meerbusch 的 茶葉袋包裝和成型充填封口一體機制造商的頂級型號能 夠以極高的精度每分鐘充填、折疊和密封450 個茶葉袋。 “重要的是要記住，絕對速度并不是衡量一切的唯一標(biāo) 準(zhǔn)。”Teepack 公司自動化技術(shù)主管 Franz Andel 強調(diào)道。
   對于Franz以及他的同事來說最重要的是，茶葉袋包裝 機無論是在靜止?fàn)顟B(tài)下，還是在速度發(fā)生變化時，始終能夠 生產(chǎn)出無瑕疵的茶葉包裝袋。這就需要有大量的工藝知識積 累和高精度的自動化技術(shù)。
   生產(chǎn)過程本身就會遇到很多棘手問題，再加上茶袋濾 紙還必須盡可能薄，這就更難了。“我們的客戶希望以可持 續(xù)和高效的方式生產(chǎn)，除了要加快設(shè)備周期和降低能耗之 外，還要最大限度地減少物料的使用。”Franz Andel 在概 述其中一個重要的市場需求時解釋道。“例如，濾紙越薄， 對各個生產(chǎn)區(qū)域不同的卷筒紙速度導(dǎo)致的張力波動就 越敏 感。”Teepack公司硬件和軟件開發(fā)負(fù)責(zé)人 Sascha Theine 補充道。

1  運動控制取代機械凸輪

    新機型通過伺服電機和軟件將主軸切換為電子耦合，因 此速度和精度比上一代機型更高。“以前，我們通過凸輪板 機械連接各道工序。”Franz Andel回憶道。
    而Perfect a 450則通過AX8000多軸伺服系統(tǒng)和 AM8000伺服電機以及 TwinCAT NC I實現(xiàn)工序連接。“所有 驅(qū)動軸都配備倍福技術(shù)，實現(xiàn)紙幅張力控制，即使是在動態(tài)

速度變化的 情況下，也可防止濾紙撕裂。”Sascha Theine 說道。
       例如，以前濾紙輸送與主運動剛性耦合，而現(xiàn)在運動 序列則由兩臺獨立的伺服驅(qū)動器控制。“這樣，我們不僅能 夠更改茶包的紙張長度，還可以調(diào)整其它驅(qū)動器相關(guān)的速 度。”Franz Andel指出。這讓Teepack及其客戶在加工不同 類型的茶葉和材料時擁有更多的選擇。
      Perfecta 450每分鐘最多可生產(chǎn)450個茶包，速度太 快，肉眼已經(jīng)無法看清實際的加工過程：濾紙通過進(jìn)料裝置 進(jìn)入，并在定量給料工站下方通過。在這里，茶葉從頂部送入，并通過帶量斗的定量給料工站分配到濾紙上。Teepack 能夠生產(chǎn)出各種不同規(guī)格、材質(zhì)和形狀的茶袋。“我們發(fā)明 了雙囊袋包裝機。”Franz Andel自豪地說道。

2 更大的接觸面積可釋放出更濃郁的香氣

      與簡單的單囊袋相比，雙囊袋底部呈W形，表面積更 大，可以四面接觸液體，加快茶葉在熱水中的出湯速度，更 好地釋放茶香和茶味。據(jù)專家們的研究，在相同的沖泡時間 內(nèi)，茶湯的香氣可以提升30%。因此使用相同數(shù)量的茶葉可 以沖泡出更好的茶味，換句話說，用更少的茶葉可以沖泡出 同樣的濃度。
       分裝后，濾紙通過下游工站的機械成型和折疊工藝形成 雙囊袋，棉線也在此處固定在茶袋上并打結(jié)。“我們完全不 用金屬釘。”Franz Andel 強調(diào)道。然后茶袋被排成一排， 放入先前在Perfecta 450中設(shè)置并粘好的包裝盒中。這樣不 僅節(jié)省了寶貴的生產(chǎn)空間，而且還提高了工藝可靠性，因為茶袋在密封后才通過輸送帶排出。

       基于軟件實現(xiàn)軸同步也提高了開發(fā)的靈活性，減少了 微調(diào)運動序列所需的工作量。過去，這一過程涉及凸輪的計 算、銑削和硬化，通常需要三周時間。“現(xiàn)在，運動學(xué)專家 只需兩天即可計算出凸輪，并在兩分鐘時間內(nèi)給出一份表格 并加載到伺服驅(qū)動器中。”Sascha Theine補充道，“這意 味著我們只需等待兩天就能知道運動序列是否合適，以及哪 里還需要重新調(diào)整。”
     Franz Andel 也指出：“我們能以更快的速度得出結(jié) 果，更好地優(yōu)化我們的流程。”而性能提升了 20% 就是優(yōu)化 成果的最好說明。

3 將更多的時間投入到創(chuàng)建應(yīng)用中

      Perfecta 450是第一代完全采用倍福平臺的設(shè)備。 Teepack正在尋找一個能夠提供完整組件產(chǎn)品系列的供應(yīng) 商：PLC、安全、運動控制，包括工業(yè)PC技術(shù)和操作面板。
     Franz Andel闡述道：“在使用倍福之前，我們需要將 60%的時間放在自動化系統(tǒng)上，只有40%的時間能夠關(guān)注到 具體的應(yīng)用。現(xiàn)在，我們可以將98%的時間投入到應(yīng)用中。 這也是因為倍福為我們提供了出色的技術(shù)支持，甚至在我們 需要時還能提供開發(fā)支持。”
此外，必要時，倍福的應(yīng)用專家團(tuán)隊還可以在實施和

選擇合適的部件和系統(tǒng)方面提供支持。“自合作之初，我們 的專家就在所有技術(shù)領(lǐng)域為客戶方案的實施和優(yōu)化提供支 持。”倍福蒙海姆分公司經(jīng)理WilmSchadach解釋道。
       Perfecta 450中的所有應(yīng)用，包括所有伺服驅(qū)動器的控 制和同步、安全和 HMI以及監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用， 都在一臺帶多核 CPU（AMD RyzenTM，具有四個內(nèi)核和 3.35 GHz系統(tǒng)時鐘）的CX2043嵌入式控制器上運行。
     “能夠在不影響實時性的情況下，在運行高要求的 運動控制應(yīng)用同時運行HMI和數(shù)據(jù)庫，這不是一個簡單 的問題。”Wilm Schadach強調(diào)道。在最高配置中，通 過AX8000多軸伺服系統(tǒng)或通過ELM72xx系列伺服電機端 子模塊控制多達(dá) 30臺AM8000伺服電機。安全技術(shù)通過 TwinSAFE系統(tǒng)集成式解決方案實現(xiàn)。整個TwinCAT自動化 項目以及HMI可以根據(jù)選定的設(shè)備配置靈活地組裝。
“我們在選擇自動化平臺時，最重視的是項目規(guī)劃的靈 活性。”Sascha Theine強調(diào)道。Teepack可以根據(jù)設(shè)備的 設(shè)置擴(kuò)展硬件，無需更改控制平臺。緊湊型自動化技術(shù)的優(yōu) 勢往往被低估。“控制柜體積是包裝機械的一個大問題，而 我們的生產(chǎn)空間總是不足。”Sascha Theine說道。
      AX8000多軸伺服系統(tǒng)和ELM72xx系列緊湊型驅(qū)動模塊 與OCT連接技術(shù)相結(jié)合，顯著節(jié)省了控制柜內(nèi)部的安裝空間。WilmSchadach 證實了這些優(yōu)勢。“現(xiàn)在，我們90%以 上的驅(qū)動器都采用了單電纜技術(shù)。”

4 下一個擴(kuò)展階段的想法

       AMP8000系列集成有伺服放大器的分布式驅(qū)動器可望 進(jìn)一步緩解控制柜內(nèi)安裝空間不足的問題。自動化技術(shù)主管 還看到了基于倍福技術(shù)的紙盒成型機的進(jìn)一步創(chuàng)新潛力。 “XPlanar可以靈活實現(xiàn)豐富多樣的包裝形式。”紙盒可以 通過可自由懸浮的動子在膠水噴嘴前靈活移動，例如，可以 涂抹單個膠點。這將顯著簡化上膠工站的機械結(jié)構(gòu)，也可減 少加熱工站的工作量。
      下一代Perfecta還將使用圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行在線質(zhì)量 控制。“集成到系統(tǒng)中，并通過EtherCAT與設(shè)備周期實時 耦合，倍福機器視覺解決方案是一個理想的選擇。”Wilm Schadach 說道，“尤其是由于該系統(tǒng)不會額外占用控制柜 中的空間。”
       TwinCAT Analytics和TwinCAT Scope也是下一個擴(kuò)展 階段的主要考慮因素之一。該計劃旨在為設(shè)備狀態(tài)和關(guān)鍵性 能指標(biāo)收集更多運行數(shù)據(jù)。Franz Andel 正在考慮諸如電機 溫度、電機電流和扭矩等問題：“我們想利用這些關(guān)聯(lián)性確 定磨損情況，以便在必要時啟動預(yù)測性維護(hù)。”