摘要：結(jié)合全自動裝箱機(jī)的市場情況和對設(shè)備工藝要求的分析，提出了倫茨系統(tǒng)在全自動裝箱機(jī)中 的解決方案。重點(diǎn)分析了 Lenze 產(chǎn)品在全自動裝箱機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法及技術(shù)優(yōu)勢。
1 設(shè)備簡介
據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，包括裝箱機(jī)在內(nèi)的全球包裝機(jī)械需求，以每年 5.3%的速度增長。全球市場上 的包裝機(jī)械(包括裝箱機(jī))大約有三分之一來自德國，銷量名列全球第一，其次是美國、日本和意大利。我國一些跨國公司和外資企業(yè)使用的裝箱機(jī)大部分都是從國外進(jìn)口。有關(guān)信息顯示，全球包 裝設(shè)備的需求已從 2004 年的 241 億美元增長到 2009 年的 286 億美元，到 2019 年將達(dá)到 445 億 美元的需求規(guī)模。其中裝箱機(jī)的市場需求潛力巨大。
全自動裝箱機(jī)是一種將傳輸帶上雜亂無序的包裝物，按一定的排列方式裝入箱中的一種自動化 設(shè)備。本項(xiàng)目設(shè)備的功能是將傳送帶上間距無序的輸液袋，由同步帶排序后裝盒，再通過兩組 XY 機(jī) 械手進(jìn)行裝箱，最后通過輸送輥道將箱子傳輸?shù)胶罄m(xù)的碼垛設(shè)備。設(shè)備主要由四部分組成，分別為： 進(jìn)料、裝盒、裝箱、出箱。進(jìn)料：由變頻器驅(qū)動輸送皮帶，將輸液袋裝入盒中。裝盒：由兩臺伺服電機(jī)驅(qū)動兩組同步帶，將兩組料盒分別安裝在兩條同步帶上，兩條同步帶經(jīng)過進(jìn)料、定位和跟隨等 功能將輸液袋裝入盒中，并送到抓取位。裝箱：裝箱由兩組 XY 機(jī)械手組成，由四臺伺服電機(jī)組成。 抓手采用插補(bǔ)功能將輸液帶平滑的放入箱中，整個抓手具有路徑規(guī)劃，平滑的彎曲半徑等功能。出箱：機(jī)械手將輸液袋，按層次裝好后，然后由出箱輥道，將成品傳送到堆垛設(shè)備，驅(qū)動系統(tǒng)采用變 頻器進(jìn)行控制，同時配合接近開關(guān)和氣動元件完成箱子的輸送工作。
設(shè)備單次抓取時 最快可以 達(dá)到 1.85 秒 一次，每次抓取4 袋因此可以達(dá)到 130 袋/分鐘。設(shè)備控制系統(tǒng)主要采用 Lenze 新一代運(yùn)動控制器和伺服控制器組成，電機(jī)采用 MCS 高性能同步伺服電機(jī)，控制網(wǎng)絡(luò)采用EtherCAT 總線。整個設(shè)備具有自動化水平高，裝箱速度快，設(shè)備振動小等優(yōu)點(diǎn)。
2 Lenze 解決方案
2.1 Lenze 主要產(chǎn)品
1. L-force Controller 3231C：控制器主頻為 1.6GHz 任務(wù)周期最小為 1ms 并且具有強(qiáng)大的邏輯 運(yùn)算及運(yùn)動控制功能 其功能和性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 過一般的 PL C。在通信能力方面支持多種通信 方式，控制標(biāo)配有 2 個 USB 接口，兩個 Ethernet 接口(且內(nèi)部集成了網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)功能 )，1 個 EtherCAT 接口，并可 選配 2 個 CANopen 或者 PROFIBUS mast er 模塊。內(nèi) 置 Windo ws ? CE 操 作系統(tǒng)可 通過 DVI 接口直接連接外設(shè)顯示器。內(nèi)置監(jiān)控軟件 VisiWinNET 2 005,可直接在運(yùn)動控制器內(nèi)進(jìn)行 畫面的監(jiān)控 ，通過 M P 1000DVI 輸出，這樣 當(dāng)觸摸屏損 壞時，則不需要重新下載監(jiān)控程 序，只需更換顯示器 MP1000 D VI 即可。
2. MP100 0 DVI: 屏幕為 TFT 10. 4" 分辨率為 640 x 48 并且配有 DVI 接口可與 Controller 3231C直接相連作為觸摸屏示。
3. I700:伺 服控制器：內(nèi)置位置，速度和轉(zhuǎn)矩控制方式，采用多軸設(shè)計(jì)和簡便安 裝技術(shù)， 伺服采用集中供電模塊進(jìn)行供電，伺服包括單軸和雙軸模塊，可以靈活組合。采用集成的 EtherCA T 總線網(wǎng)絡(luò)， 具有冷板安裝，推出散熱，柜內(nèi)安裝三種安裝方式，功率范圍 0.75 到 15 kW。
4. MCS 伺服電機(jī)：倫茨伺服電機(jī)標(biāo)配有旋轉(zhuǎn)變壓器及精度可近似 1024 線編碼器。MCS 伺服電機(jī)為永磁同步伺服電 ，具備極高的動態(tài)的響應(yīng)和過載能力。
2.2 Lenze 解決方案
倫茨在全自動裝箱機(jī)有整套的自動化解決方案。在硬件配置方面，首先控制器采用新一代運(yùn)動控制器 3231C 作為系統(tǒng)控制核心元件，其次采用 MCS 高性能同步伺服電機(jī)作為設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最后采用 Eth erCAT 總線作為整個系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)。詳見下面圖 2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。
圖 2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
倫茨將 FAST 技術(shù)成功應(yīng)用于運(yùn)動控制領(lǐng)域，推出了各類標(biāo)準(zhǔn)的控制程序模程序整合成一個個功能塊，真正實(shí)現(xiàn)了從編寫復(fù)雜運(yùn)動控制程序到 簡單實(shí)用 大大的節(jié) 約了工程人 員的工作量，使編程工作像搭積木一樣簡單、實(shí)用。
設(shè)備主要應(yīng)用的FAST模塊兩個：
rack 功能塊：該功能塊是專為利用同步帶進(jìn)行自動接料而開發(fā)的功能塊，其主要功能是將輸送輥道上的輸液袋，通過兩個同步帶上安裝的盒子，實(shí)現(xiàn)自動循環(huán)接料，接料完成后，將產(chǎn) 品快速的送至機(jī)械手的抓取位置。兩條同步帶，自動循環(huán)運(yùn)行，保證輸送帶上的產(chǎn)品都可以進(jìn)入盒子中。同時功能塊還具有同步帶防撞報警、自動尋零和手動控制等功能。
dPlace 功能塊：該功能塊是為各類機(jī)械手控制而開發(fā)的功能塊，其主要功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的抓取和放下的功能，該功能塊可以實(shí)現(xiàn)一條運(yùn)行軌跡中任意 10 點(diǎn)的路徑規(guī)劃，每個點(diǎn)都可以 獨(dú)立的設(shè)定速度、加速度、彎曲半徑和暫停的功能。功能塊支持最多 4 軸的插補(bǔ)功能，應(yīng)用于多種 形式的機(jī)械手，如：門式機(jī)器手、帶式機(jī)器手、Delta 3、Delta 2、Scara 機(jī)械手及關(guān)節(jié)式機(jī)器手。
3 實(shí)現(xiàn)的主要功能
1. 自動裝盒：輸液袋在傳輸帶上被輸送過來，在輸送帶出口處安裝光電開關(guān)，用于檢測輸液帶 到來信號，該信號接入 MagicTrack 功能塊中。該功能塊可以實(shí)現(xiàn)利用兩條同步帶，進(jìn)行循環(huán)自動 接料功能。
2. 抓手控制：當(dāng)其中一條同步帶上裝滿輸液袋時，將被輸送到抓手位置處，并發(fā)送允許抓手動 作信號給 PickAndPlace 功能塊，XY 機(jī)械手則按設(shè)定好的平滑曲線將輸液袋放入箱中，軌跡可以靈活設(shè)定或者示教獲得，同時也有層數(shù)控制，臨時暫停，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)等功能。
3. 輥道控制：進(jìn)箱和出箱則由輥道來控制，，由安裝在輥道上的多個光電開關(guān)實(shí)現(xiàn)箱子的定位 和流量控制。
4 Lenze 亮點(diǎn)
為用戶提供整套的、成熟的、高性價比的電氣自動化解決方案。
推出的 FAST 功能塊，為用戶的設(shè)備提供像硬件安裝一樣的軟件系統(tǒng)，省去去了復(fù)雜的 編程環(huán)節(jié)，大大縮短了工程師的調(diào)試時間。同時，F(xiàn)AST 功能塊不是滿足設(shè)備的工藝包，而是具備符 合設(shè)備工藝的最小單元功能塊，最大化滿足功能的情況下，也為用戶提供了更大的個人發(fā)揮空間。
3.同步帶具有運(yùn)行穩(wěn)定，強(qiáng)大的防撞控制和智能化尋零控制等功能。
4.機(jī)械手具有運(yùn)行快速精準(zhǔn)、軌跡平滑和人性化的示教等功能。
5 展望
隨著我國企業(yè)現(xiàn)代化水平的提高，把產(chǎn)品裝箱這樣繁瑣，枯燥的工作逐步由人工向開發(fā)高自動 化程度的裝箱機(jī)轉(zhuǎn)變，采用高效、自動的裝箱方式，顯著提高了生產(chǎn)效率。設(shè)備主要應(yīng)用于啤酒、飲料、煙草、制藥、糧油、食品加工、日化以及機(jī)械、電子行業(yè)等領(lǐng)域。Lenze 憑借高品質(zhì)的自動化產(chǎn)品和專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，為企業(yè)用戶打造高性能的，高自動化的裝箱設(shè)備。我們提供的程序模塊 設(shè)計(jì)理念，高性價比的自動化產(chǎn)品，智能人性的控制方式，也符合全自動包裝機(jī)的未來發(fā)展方向。 Lenze 意致遠(yuǎn)，行至簡的服務(wù)理念，愿與客戶攜手共創(chuàng)未來。
（轉(zhuǎn)載）
