利樂公司所生產的牛奶、果汁等多種飲品的經典紙盒包裝，幾乎已經為我們所有人所熟知。盡管這些紙盒在運輸及日常使用中展現出了極高的效率與耐用性，但它們的制造過程卻對生產技術提出了極為嚴苛的要求。利樂公司位于意大利摩德納的研發與技術專家團隊，在為其紙盒包裝開發的新一代加蓋機中，創新性地融入了倍福的 XTS 磁驅柔性輸送系統，成功達成了高質量、高產量以及高工藝靈活性這三大核心目標。系統取得了巨大成功，利樂的試點客戶對其可靠性、高性能和靈活性贊譽有加，親切地稱之為“魔法機”。
利樂是全球領先的食品加工和包裝解決方案提供商,公司秉承與客戶及供應商緊密合作的宗旨，致力于每日為全球超過 160 個國家的數億人口提供安全、富含營養的食品，同時竭力將對環境的影響降至最低水平。在摩德納工廠，利樂團隊憑借利樂®超高速 CAP40 型加蓋機成功達成了這一目標。該解決方案能能夠根據實際需求，每小時能完成 25,000 包飲料紙盒的加蓋任務。利樂公司產品負責人 Gianmarco Di Eusebio 解釋道：“在新產品開發的每一個環節，我們都堅定不移地認為，認真傾聽并深入理解客戶的意見是至關重要的。鑒于這一點，我們迫切需要一臺更加靈活、占地面積更小且系統產能更高的設備。目前采用的一次用量包裝解決方案每小時僅能處理 9000 件產品，若要達到每小時 25,000 件的處理需求，就意味著需要安裝三臺設備，且每臺設備都需要配備完整的送料系統等輔助設備，同時，還需要騰出足夠的空間來安置這些設備。”他補充道，這臺新設備面臨著非常嚴苛的要求：一方面，它必須實現極高的處理速度；另一方面，蓋體的復雜 3D 幾何形狀對涂膠作業的質量標準提出了極高的挑戰。
利樂公司技術專家 Fabio Bassissi
XTS 動子可以作為獨立的伺服軸進行控制，從而極大地簡化和加速了新產品格式的引入，并且能夠充分利用軟件的靈活性。此外，結合用于涂膠監測的視覺系統，我們還能夠極為高效地補償任何機械公差。
基于 PC 的解決方案打破
既有局限性并顯著提升數據透明度
利樂公司決定采用倍福基于 PC 的控制技術，主要基于對其出色計算能力的深刻考量，這無疑是促成這一選擇的決定性因素之一。利樂公司創新與分析生產線解決方案總監 Paolo Scarabelli 強調了這一點的一個重要方面：“我們的客戶對于高度數字化且互聯互通的系統的需求正不斷攀升。倍福基于 PC 的控制技術為實現這些目標提供了理想的基礎。在利樂®超高速 CAP40 型加蓋機上，我們憑借先進的數字化技術，成功打破了數字組件與機械部件之間的傳統界限。在我們這個具體案例中，這意味著我們能夠更全面地實現更多設備功能的數字化控制，從而確保提升系統運行的可靠性。”
倍福基于 PC 的控制技術為實現這些目標提供了理想的基礎。XTS 還使得原本依賴機械手段完成的工作能夠輕松地被先進的軟件功能所替代，這標志著我們在構建數字化機器方面又邁出了堅實的一步。
—— 利樂公司創新與分析生產線解決方案總監
Paolo Scarabelli
總體而言，更高水平的數字化極大地提升了數據的透明度，這不僅顯著加速了產品更換的流程，還切實提高了產品質量。如果視覺檢測系統檢測到涂膠位置偏離了預定位置，軟件將在系統運行中即時進行自適應調整，通過調整雙層動子中與之相鏈接的動子凸輪表修正位置，以確保涂膠位置精準無誤。Fabio Bassissi 繼續說道：“我們還采用了先進的設備健康監測系統，以全面檢查設備的運行狀態。所有這些因素對于確保產品質量及其最終成功都起著至關重要的作用。最終，飲料容器必須達到密封可靠且無任何泄漏的標準，方可被允許發送給終端客戶。”
利樂®超高速 CAP40 型加蓋機中還配備了多臺倍福 PS3031 電源
實現高精度復雜運動序列的可靠控制
利樂®超高速 CAP40 型加蓋機關聯的軸數量極為龐大，實軸數量超過 120 個，并配有 10 個虛擬主軸，充分彰顯了其運動控制過程的高度復雜性。其中的大部分軸都用于配置兩條并行的 XTS 系統，系統每條軌道長 4.5 米，并配備 55 個動子。此外，系統還配備了約 10 個旋轉伺服軸，專門用于包裝輸送、熱熔膠涂膠等任務。
兩臺并行運行的 XTS 磁驅柔性輸送系統能夠以極高的速度和精度將塑料蓋精確貼合到包裝盒上，這一過程中還得到了由 AM8000 伺服電機驅動的其它運動軸的輔助（如上圖所示）
為了確保蓋體能夠精準地依據其三維幾何形狀進行粘合，必須精確同步控制 XTS 動子的運動以及 X、Y、Z 方向上的各類旋轉運動。此處的獨特之處在于，每對動子都通過專門的工具結構相互連接，但它們卻能在兩個平行安裝的 XTS 單元上獨立且協調地運行。無論動子是在單個系統上排列成一行，還是分布在兩個不同的系統上，控制軟件都能充分利用其靈活性，確保所有動子始終保持完全同步的運動狀態。據利樂公司包裝線嵌入式自動化部門總監 Stefano Flore 介紹，XTS 憑借其模塊化設計和出色的軟件功能，往往能夠實現極高的靈活性。例如，XTS 系統的軌道長度及動子數量可根據具體需求調整，因此在開發產量更高或更低的設備型號時，幾乎不會增加額外的工作量。此外，更換不同的包裝格式以適應各種填充量、包裝頂部形狀或蓋體等需求，變得異常簡便快捷。我們只需在軟件中設定耦合動子間距及兩個 XTS 系統的運動參數的新值即可。
Stefano Flore 還特別強調，XTS 動子所具備的獨立控制能力遠遠超出了單純的產品輸送范疇：“當蓋體被動子上對應的固定支架拾起后，最多六個同步動子組成一個作業批次，協同進行輪廓涂膠。為此，蓋體支架會通過機械耦合的方式，與并行運行的 XTS 系統的相關動子一起，在 X 軸和 Y 軸上移動。在這個過程中，系統會自動補償任何可能存在的公差，例如熱熔膠槍噴嘴所產生的公差。然后，將蓋體貼合于包裝盒，并通過圖像處理技術嚴格監測整個過程。XTS 還會利用動子中精確控制的橫向力來維持恰當的接觸壓力，從而確保涂膠過程的精準無誤。”這種力源自兩個相互耦合的龍門式動子之間精確的相互作用。XTS 相較于機械系統的另一大顯著優勢在于，它能夠在軟件中集中獲取和處理海量信息。這樣不僅能迅速定位系統參數的偏差，還能通過采取相應措施來徹底規避這些偏差。關于故障問題，Gianmarco Di Eusebio 補充道：“該系統的平均無故障工作時間（MTBF） 實現了超過一倍的增長。”
在 XTS 系統的上部區域，塑料蓋體被均勻地涂抹上了膠水，隨后，在系統的下部區域，塑料蓋體以肉眼幾乎難以辨識的超高速度被精準無誤地粘貼到包裝盒上
控制技術確保了持續的高性能表現
利樂之所以選擇倍福的控制技術，是因為所有與系統緊密相關的組件都可以一站式獲取，從而確保了集成過程的無縫對接與高效運行。設備控制系統的核心組件是兩臺 C6032 超緊湊型工業 PC ，它們用于運行 HMI 應用程序、兩個 XTS 系統、基于 TwinCAT NC PTP 的運動控制以及 TwinCAT PLC。此外，單個控制單元還具備將多種功能（如設備仿真等）進行組合的能力。此外，所選的硬件平臺為日后擴展更多功能預留了廣闊的空間和潛力。更為關鍵的是，倍福的產品種類極為豐富，能夠精準滿足用戶在計算能力、內存擴展以及外形規格等多個方面的需求，從而確保系統能夠靈活適應未來的發展趨勢與需求。
利樂公司強大的專家團隊（從左至右）：Davide Borghi、Paolo Scarabelli、Francesco Venturi、Stefano Flore、Andrej Burieta、Stefano Mittarelli、Pierluigi Canalini、Paolo Goldoni、Andrea Lestini、Elena Sachetti 和 Gianmarco Di Eusebio 以及倍福大客戶經理 Alexander Mönchmeier（左）在利樂®超高速 CAP40 型加蓋機前
在談及 TwinCAT 軟件的應用體驗時，Paolo Scarabelli 表示：“TwinCAT 能夠充分發掘并釋放基于 PC 的控制技術的全部潛能，包括支持面向對象的語言在內的多種編程語言、與 Visual Studio 的無縫集成、全面的網絡配置選項，以及出色的多核處理能力。此外，該軟件結構清晰，其良好的開放性不僅讓我們能夠充分利用倍福提供的軟件庫資源，還能輕松實現自有庫的無縫集成，從而打造出貼合特定設備需求的定制化狀態監測系統。我們在開發過程中廣泛采用 TwinCAT Scope 進行深入的分析工作。總體而言，TwinCAT 為我們提供了極為全面的支持，尤其是在實現我們標準化軟件開發目標的過程中。”
基于 PC 的控制技術憑借其開放性和靈活性，在整個領域中都發揮著重要作用，他進一步補充道：強大且開放的 EtherCAT 通信系統為各類應用提供了理想支持，它能夠無縫集成 I/O 端子模塊網段、安全功能以及驅動組件。Stefano Flore 表示：“AX8000 憑借其極高的動態性能和精確的運動控制能力，展現出了顯著的優勢。另外，它采用了模塊化設計，外形小巧且應用靈活多變，當有需要時，能夠輕松添加更多軸。AM8000 伺服電機在電機類型、功率、繞組類型等方面都可以定制配置，為達成上述目標提供了有力支持。”
設備中的 AM8000 伺服電機通過 AX8000 多軸伺服系統控制
提供全方位支持，未來潛力無限
利樂公司高級設備分析經理 Davide Borghi 認為，在面對要求如此嚴苛的應用時，自動化合作伙伴所提供的支持同樣起著至關重要的作用：“在修改設備方案時，技術支持的作用尤為重要。對于利樂®超高速 CAP40 型加蓋機而言，從可行性測試階段伊始，這一點就顯得至關重要，尤其對于配備 XTS 系統及其大量功能的應用場景來說，更是具有特別的意義。在任何情況下，所提供的技術支持都無可挑剔，無論是與倍福意大利公司和德國專家的現場合作，還是與各層級管理人員的協作配合，都表現出色。”
雙方之間的緊密合作關系將在未來得到進一步的深化，因為 Stefano Flore 仍然堅信，在利樂®設備中采用基于 PC 的控制技術蘊含著巨大的發展潛力：“我們認為，無電纜技術（NCT）是 XTS 系統的一項極具前景的進一步升級發展。我們已經著手測試 XPlanar 技術為多種應用場景所帶來的各種可能性。我們還看到了 MX-System 無控制柜解決方案以及 TwinCAT Runtime for Linux®極具吸引力的優勢。我們擁有巨大的潛力，能夠像在這個案例中的試點客戶所體驗的那樣，給用戶帶去驚喜，為他們精心打造出一臺充滿魔力的‘魔法機’。”
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業，創立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶于上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用于風力發電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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