瑞士 Rohrer AG 公司在其專為制藥工業(yè)設(shè)計(jì)的新型 R760 泡罩包裝機(jī)中完全采用了 Beckhoff 基于 PC 的控制系統(tǒng)。憑借Beckhoff功能強(qiáng)大的高精度EtherCAT I/O 系統(tǒng)和高動(dòng)態(tài)、緊湊型驅(qū)動(dòng)器組件，Rohrer 能夠開(kāi)發(fā)一臺(tái)不僅能夠以高速和無(wú)差錯(cuò)的方式運(yùn)行且體積也非常小的機(jī)器。
Rohrer AG 專業(yè)從事用于開(kāi)發(fā)和配置靈活的薄膜和金屬箔并用它們制造產(chǎn)品的機(jī)器。為了生產(chǎn)出定制的工具和機(jī)器，公司與客戶一直保持密切合作 — 從最初的構(gòu)想到最終實(shí)現(xiàn)。公司提供從樣品開(kāi)發(fā)到樣機(jī)建造再到生產(chǎn)設(shè)備配置等全方位服務(wù)。
Beckhoff功能強(qiáng)大的基于 PC 的控制技術(shù)讓Rohrer 能夠使得其 R760 機(jī)器第一次實(shí)現(xiàn)每分鐘 40 個(gè)雙泡殼包裝的吞吐量
模塊化泡罩包裝機(jī)
可根據(jù)客戶要求定制的 R760 包裝機(jī)用于完成小到中等批量的包裝任務(wù)。它可用于從柔性薄膜制成的泡罩包裝的開(kāi)發(fā)到批量生產(chǎn)等所有階段。機(jī)器負(fù)責(zé)完成所有加工過(guò)程，也就是說(shuō)它可以熱成型、密封、打孔并給泡罩包裝加標(biāo)記。攝像系統(tǒng)對(duì)包裝進(jìn)行檢查，以確保它們正確填裝，并自動(dòng)卸下任何不合格的產(chǎn)品。如果空間狹小，可以減少機(jī)器的模塊數(shù)量。并且由于它符合 GMP 設(shè)計(jì)（良好作業(yè)規(guī)范）要求，它甚至可以安裝在潔凈室中。
R760 機(jī)器負(fù)責(zé)完成所有加工過(guò)程，即它可以完成熱成型、密封、打孔并給泡罩包裝加標(biāo)記
R760 泡罩包裝機(jī)可以加工制藥、化妝品和醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域所需的鋁箔和塑料薄膜。這里所涉及到的項(xiàng)目是一個(gè)大型包裝服務(wù)供應(yīng)商針對(duì)制藥行業(yè)使用的一臺(tái)機(jī)器。該機(jī)器用來(lái)評(píng)估新產(chǎn)品和包裝類型。在這一案例中正在包裝的是被稱為口腔崩解片（ODT）的藥片，它采用獲得專利的Lyopan工藝進(jìn)行凍干，可以在無(wú)水的條件下服用。機(jī)器的設(shè)計(jì)和自動(dòng)化技術(shù)必須滿足速度和規(guī)模方面的超高要求。其結(jié)果是第一套達(dá)到40個(gè)循環(huán)的系統(tǒng)，即每分鐘 40 個(gè)雙泡殼包裝的輸出能力。
Rohrer 的 R760 泡罩包裝機(jī)用作包裝口腔崩解片（口崩片）的開(kāi)發(fā)平臺(tái)
所有的控制技術(shù)都基于 PC
Rohrer 早在 2008 年就與 Beckhoff 有了第一次合作，使用了其基于 PC 的控制技術(shù)，當(dāng)時(shí)該公司安裝了面板型 PC CP6200 和控制柜式工業(yè) PC。2012 年，Rohrer 決定完全轉(zhuǎn)向使用 PC 控制技術(shù)。Bernd Esch，Rohrer 公司加工&包裝部門控制經(jīng)理在解釋原因時(shí)說(shuō)道：“以前的控制架構(gòu)有很多缺點(diǎn)。例如，它需要多個(gè)總線系統(tǒng)。確保安全技術(shù)滿足 EN ISO13849 標(biāo)準(zhǔn)所要求的性能水平也是相當(dāng)復(fù)雜的。此外，客戶要求更緊湊的系統(tǒng) — 我們當(dāng)時(shí)已經(jīng)不能夠提供比較大的驅(qū)動(dòng)器和額外要求的 EMC 濾波器。而另一方面，Beckhoff 的 AX5000 系列驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)非常緊湊，并集成了 EMC 濾波器。它們節(jié)約了約 30％的控制柜空間。”
此外，面板型 PC CP6200 和工業(yè) PC C6920 已經(jīng)為自動(dòng)化任務(wù)提供了足夠的計(jì)算能力。Bernd Esch繼續(xù)說(shuō)道：“TwinCAT自動(dòng)化軟件不僅提供了所需的 PLC 功能，而且有一個(gè)功能強(qiáng)大的基于軟件的 NC 系統(tǒng)。這意味著，除了Beckhoff節(jié)省空間的工業(yè) PC，我們并不需要額外的控制器。我需要提到的是，Beckhoff瑞士公司為我們的 PC 控制解決方案提供了很好的本地應(yīng)用支持。”
另一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)是PC 控制的開(kāi)放性，Esch說(shuō)道：“我們必須能夠?qū)⑽覀兊臋C(jī)器控制器連接到任何網(wǎng)絡(luò)。各種EtherCAT總線耦合器和現(xiàn)場(chǎng)總線端子模塊提高了我們?cè)谶@方面的靈活性。我們也可以很輕松地與 IT 系統(tǒng)進(jìn)行通訊，因?yàn)橛辛思墒揭蕴W(wǎng)接口和運(yùn)行的 TwinCAT ADS 層，我們可以調(diào)用我們需要的任何控制數(shù)據(jù)，而不必使修改 PLC 程序。”與可視化系統(tǒng)的連接也同樣簡(jiǎn)單，因?yàn)?— 就像市場(chǎng)上的大多數(shù)系統(tǒng)一樣 — 它已經(jīng)有了 TwinCAT 驅(qū)動(dòng)程序。與用于網(wǎng)絡(luò)可視化的基于 Java 的程序以及用于如批處理參數(shù)和故障消息等的 MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通訊也非常好，Esch如此說(shuō)道。
R760 機(jī)器的 PC 控制解決方案的核心是 C6920 控制柜式工業(yè) PC，它采用 1.9 GHz的Intel®Celeron®處理器和多語(yǔ)言版 Windows XP Professional 操作系統(tǒng)，并安裝了TwinCAT NC PTP 軟件。操作人員通過(guò)一臺(tái)具有 15 英寸的觸摸屏、定制屏幕薄膜和定制鍵盤擴(kuò)展件的安裝臂安裝式控制面板 CP7902 控制機(jī)器。運(yùn)動(dòng)控制功能由 8 個(gè) AX5112、AX5140 和 AX5206 系列伺服驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行，包括一張TwinSAFE安全卡 AX5805，和 10 個(gè) AM8000 系列伺服電機(jī)。大約 150 個(gè) I/O 數(shù)據(jù)點(diǎn)由約 100 個(gè) EtherCAT模擬量/數(shù)字量和TwinSAFE端子模塊收集并通過(guò)四個(gè)EtherCAT耦合器 EK1100 集成到控制系統(tǒng)中。
高動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器需要的安裝工作量最少
除了結(jié)構(gòu)非常緊湊，Beckhoff 的伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)還具有出色的動(dòng)態(tài)性能，Bernd Esch說(shuō)道：“通過(guò)相應(yīng)地調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，我們能夠快速地實(shí)現(xiàn)每分鐘 40 個(gè)雙泡殼包裝的高吞吐量。我們?cè)跊](méi)有達(dá)到機(jī)器的伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的極限的情況下成功地實(shí)現(xiàn)了這一切。”Rohrer 借助具有低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和高達(dá) 5 倍的過(guò)載能力的 AM8000 系列高性能電機(jī)達(dá)到了這一性能水平。它們驅(qū)動(dòng)三個(gè)用于打開(kāi)和關(guān)閉壓機(jī)的伺服軸、兩個(gè)用于箔運(yùn)輸?shù)妮S、一個(gè)用于進(jìn)給和將托盤定位到機(jī)器的軸、兩個(gè)用于處理泡罩輸出的軸，以及用于根據(jù)產(chǎn)品位置移動(dòng)加工站到其適當(dāng)位置的調(diào)整軸。
Rohrer 也從Beckhoff的單電纜技術(shù)（OCT） —將動(dòng)力和反饋系統(tǒng)結(jié)合到一根電機(jī)電纜中 — 獲益匪淺。單電纜解決方案通過(guò)數(shù)字量接口可靠、無(wú)干擾地傳輸信息。這樣電機(jī)和控制器側(cè)無(wú)需使用多根電線和連接器，從而顯著節(jié)省了組件使用量，減少了調(diào)試工作。Bernd Esch也意識(shí)到這一點(diǎn)：“由于布線需求減少，對(duì)我們來(lái)說(shuō)，OCT 節(jié)約了巨大的資源，特別是因?yàn)閮蓚€(gè)驅(qū)動(dòng)器采用拖鏈。它讓我們能夠?qū)⒁磺械捏w積都減小一點(diǎn)，這也有助于整個(gè)機(jī)器的設(shè)計(jì)。總而言之，OCT 幫我們減少了約 25％的安裝和材料成本。這也使得調(diào)試過(guò)程更加輕松。過(guò)去，發(fā)生故障時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)解決方案是運(yùn)行一個(gè)全新的編碼器行。現(xiàn)在，它們被集成到電機(jī)電纜中，我們不再需要長(zhǎng)時(shí)間討論有關(guān)重路由布線的事宜。”
集成的安全技術(shù)提供了新的選擇
簡(jiǎn)化了機(jī)器工程設(shè)計(jì)的其它功能包括自動(dòng)化系統(tǒng)的集成安全功能，包括 TwinCAT 安全編輯器、Safety over EtherCAT通信協(xié)議以及TwinSAFE端子模塊和TwinSAFE驅(qū)動(dòng)器選項(xiàng)卡AX5805。他們讓 Bernd Esch在設(shè)計(jì)安全功能時(shí)具有更大的靈活性：“我們可以設(shè)計(jì)更開(kāi)放的安全系統(tǒng)。例如，每個(gè)安全門現(xiàn)在有自己的TwinSAFE端子模塊，從而無(wú)需向以前通常的做法那樣串聯(lián)安全開(kāi)關(guān)或急停按鈕。”
TwinSAFE系統(tǒng)的靈活性還簡(jiǎn)化了為單個(gè)機(jī)器模塊選擇性地執(zhí)行安全功能的工作。例如，某些機(jī)器組件可以在機(jī)器啟動(dòng)時(shí)保持“激活”，而當(dāng)安全門打開(kāi)時(shí)，其他組件則被安全關(guān)閉。Bernd Esch：“在過(guò)去，實(shí)施這些是非常困難的，只有在要進(jìn)行大量布線的前提下才可能實(shí)現(xiàn)。有了TwinSAFE，我們可以擁有一個(gè)外觀更優(yōu)雅和緊湊的解決方案，它需要的組件更少，成本也更低。”
高速和高確定性控制技術(shù)帶來(lái)高精度
錫箔用于密封托盤且托盤本身具有基準(zhǔn)點(diǎn)（視覺(jué)參考點(diǎn)），在它們經(jīng)過(guò)機(jī)器時(shí)讀出。根據(jù)托盤的相對(duì)位置，機(jī)器讀取輸送系統(tǒng)的確切終點(diǎn)位置，并計(jì)算加工單元的相對(duì)位置。通過(guò)使用高速EtherCAT通訊組件，Rohrer 能夠以每秒約 250 毫米（10 英寸）的速度高速移動(dòng)產(chǎn)品，如果使用Beckhoff的XFC 極速控制技術(shù)，速度還可以再快一倍。Bernd Esch：“借助 XFC 端子模塊和匹配的傳感器，我們實(shí)現(xiàn)了每秒高達(dá) 500 毫米（20 英寸）的速度。盡管速度極快，系統(tǒng)仍然能夠可靠地檢測(cè)到基準(zhǔn)點(diǎn)，并準(zhǔn)確地進(jìn)行計(jì)算和閉環(huán)控制操作。XFC 對(duì)我們來(lái)說(shuō)也是非常有吸引力的，因?yàn)樗梢宰屨谝苿?dòng)的產(chǎn)品以極高的精度觸發(fā)檢測(cè)攝像頭。”
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