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如何提高包装机械的灵活性

假设你和其他消费品的制造商一样，还在使用由中心轴和机械连接驱动的包装机器。比如由这种方式驱动的纸箱包装机，需要长达六个小时的时间才能完成重新装配以适应另一种食品包装盒的包装。因此，如果是用于小批量、高混合的生产环境中，这类机械就会显得非常笨重了。

这类纸箱包装机还在其他方面延误了生产。因为包含大量零部件，不仅装配一台机器需要几个月时间，而且过多的零部件也增加了故障的潜在发生几率，增加了日常维修的难度。日常维修是为了确保机械零部件处于良好的工作状态，但机器的这些设计不能有效地发挥现代控制器中有关故障诊断和解决的功能，从而会产生很多非正常停工时间。

虚拟传动轴

随着包装生产批量的逐渐减小和交付周期的逐渐缩短，包装企业发现传统的机械设计已不再适合今天消费市场的特点了。为了实现更为快速和有效的生产，他们要求OEM制造商提供更为智能化的机器，其具有更短的交付时间和安装时间，且价格更为低廉。

为了满足包装企业的这种需要，机械制造企业开始用虚拟传动轴来代替机械动力传动系统。由此，机器不再依赖于中心主轴进行动力传递和调速，它们利用伺服电机驱动轴，由集成化的计算机控制来调节伺服电机的运动。以Jones Co.公司最新的纸箱包装机Criterion 2000为例，设计小组指定了Rockwell Automation公司的Kinetix集成化运动控制系统作为其标准配置。系统采用伺服电机驱动轴，利用一个内部的数字串行实时通信系统（SERCOS）或和络连接，用ControlLogix逻辑控制器来调节伺服电机的运动。

采用这种设计可以得到模块化的机器，零部件与原来相比少了30%，不仅操作灵活快速，而且维修也更为快捷方便，大大减少了原有系统复杂性所带来的问题。简化后的机器结构，将一百多个I/O节点减少到五十个。简约的梯形逻辑与集成化的运动和顺序控制减少了三分之一以上的编程时间，使切换过程在按键操作下只需十五分钟即可完成。

尽管伺服技术在驱动工作主机和其它机械上已应用了很长时间，但只是最近几年，其可靠性和快速可重复性才有所提高，使其可以真正代替实验速度范围:1⑶00mm/min包装机械中心轴。由驱动电机、控制器以及内部通信共同建立虚拟传动轴，使用者可通过对动作重新编程来重新设置虚拟传动轴。

操作者不需改变机械凸轮构造，仅通过调整某些参数就可以包装另一种尺寸的产品。将参数存贮入机器中，所有的伺服电机都会作出相应调整。处理器的计算能力是评断伺服电机在包装作业中编程与运行能力的一个重要参数。今天的数字信号处理器与以前相比，运行速度更快、体积更小、价格更为便宜。

在包装速度的控制上，对传送带速度的控制尤为重要。不管络速度有多快，有时也不能根据要求的精度立即改变扭矩或速度。解决方法是尽可能地将驱动器智能化，令其按照控制器给出的位置信息来关闭所有位于它与电机之间的回路。

可编程自动控制

包装机器制造商开发现代化技术的另一种方式是为其机器安装灵活的控制器，这种控制器被称作PACs，即可编程自动控制器。这种控制器结合了可编程逻辑控制器（PLCs）的可靠性和个人计算机（PCs）中开放式系统的计算与通信技术。这种控制器用于包装的优点在于既可以执行逻辑控制，也可执行运动控制。单独的运动控制器与单独的逻辑控制器之间通过某种方式进行通信，将这两种控制功能集成为一个更简化的内部通信控制器。

PACs也推动了开放式络结构的写字台发展。采用基于PC的控制，由安装在标准PC中的PCI（外围设备互联接口）通信接口卡来控制系统，并采用以太局域和SERCOS III标准选定的外部接口与外界进行交流。

模块化结构

自动控制器的更大用途是将模块化、面向对象的标准程序应用在机器上。这些控制器的微处理器具有强大的计算能力，能够处理由函数块组成的程序。但当计算许多函数块时，一个PLC处理器就有些困难了，Elau公司对于此问题的解决方法是在控制器中采用工业级的Pentium处理器。由于PLC中采用的梯形逻辑程序具有顺序特性，这些程序依赖于前面的程序代码。因此，这些程序相当复杂，程序代码的插入、移动、删除或跳转也相当困难。

利用函数块来编写程序实际上就较昨日涨0.240美元/吨（15⑴8万吨）；西澳至中国海运费9.877美元/吨是一个从控制器的函数库里调出函数块，并将这些函数块按照正确顺序进行连接的过程。一个应用程序的80%或更多的部分可用Elau公司软件提供的目标函数来编写。尽管自动控制器可进行运动和逻辑控制，但一些使用者却仍喜欢独立的运动控制和逻辑控制，这时可以选择将占全部程序30%的程序代码用两个可以相互通信的控制程序来表示，从而实现独立控制。

然而，由函数块编写程序有着很强的扩展性。包装机器制造商可以将其最佳的程序段和程序包编写成有效的代码并存储在函数库里，根据需要应用在其它程序上。使用那些已经编写且生效了的程序代码可以缩短制造新机器或重新设置旧机器的交付周期。

制造商通过将这些机械模块互相结合来制造他们的机器，由于对每种类型的机械装置只需进行一游戏机套次性的设计和批量生产，制造商们可以分期支付更多机器的开发和生产费用来降低成本；而且，利用已经设计和已经生产的机械装置还可以节省大量的机器制造时间

自动控制器中的微处理器或PACs可以通过以太端口和其他PC机因此标准化的通信协议将机器与外界联系起来。例如，Elau公司的机器在Pentium婚纱摄影微处理器上运行的是实时操作系统（而非Windows操作系统），该操作系统可将与机器有关的信息以标准格式打包，并通过局域上传到管理软件使用的数据库中。

控制器要符合国际电工委员会（IEC）的标准以及美国仪器仪表与自动化协会（ISA）所规定的ISA 88 第5部分的系列标准。这促使在生产中必须要将其包装操作执行系统（MES）和其他管理软件联系起来。

来源：《现代包装》