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包裝機械控制

發布時間：2011-11-16

包裝機械控制系統發展趨勢

單機到連線生產正在成為未來大勢

當中亞、僅一、新美星等這些國內的包裝機械制造商開始生產吹瓶機的時候，這一現象代表著一種趨勢，包裝不再是離散型的生產，為了能夠提供整廠的交付能力，設備的連線變得更加重要，從技術的角度來看，這是為了能夠更好地提供具有機械連接性、硬件、軟件一致性的需求，而從客戶的需求來說，交鑰匙工程變得更加重要。

對于大量的生產，如啤酒、可樂、礦泉水、牛奶這些產品來說，連線生產能夠提高其生產效率，而Krones,SIG,Trapack這些國際知名的制造商早已提供的不僅僅是設備，他們提供了整個工廠的解決方案-事實上，硬件已經不再那么重要，而他們正在提高更高附加值的系統，整廠生產管理與優化系統軟件與解決方案。

Krones的這個圖顯示了其整廠管理系統架構，各個生產單元的數據如機器狀態、批次控制數據等通過標準的數據總線到了上位，而設備的配置參數、配方數據、主控數據等也通過標準總線下達到生產設備級，生產計劃數據、操作控制、文檔、維護、分析、優化等在上一管理級來實現，通過用戶接口與ERP系統進行連接，實現整個工廠的數據管理。

整個Krones系統的生產過程得到了有效的監控，影響產品質量與效率的各種因素也被量化并提交給上位分析工具，以便使得管理人員能夠及時獲得現場設備及工藝存在的問題并給予及時的修正，包括影響成本的各種因素得以控制，并且能夠對成本降低進行有效的分析，從而整體的提高生產效率。

ERP與控制以及現場儀表級的集成使得整個工廠變得透明，更易于獲得優化與改善。這也是未來包裝工業的發展方向-軟件在這里變得更加重要，而不僅僅是設備。

完整的工程設計平臺

如何實現整個生產流程的集成架構？這需要一個完整的平臺支撐-能夠為整個系統提供完整的軟件的平滑的連接，更能實現模塊化的程序設計，并且具有開放的軟件庫支持能力，如IEC61131,PLCopen Motion,Safety,Hydraulic,Logic的設計能力，并且，對于OMAC的PackML具有功能庫的支持，而B&R的控制系統能夠將這些開放的庫集成在其工程平臺中，這將為包裝機械的設計者提供更好的平臺，使得他們能夠更為快速的采用已有的庫函數來實現系統的開發。

Automation Studio是B&R的完整的控制系統設計，它采用了All In One的設計，在一個Automation Studio開發平臺里提供了整個包裝產品生命周期里的全流程支撐能力，從項目的協同管理、版本管理、項目配置、編程、仿真到調試診斷與維護，它能夠使得開發人在統一的平臺上實現機器的全流程和全部對象的設計，這是迄今為止在自動化領域*為強大的工程設計平臺。

無論從產品開發的簡便性、還是未來多種產品的連線生產能力設計、以及整個產品生命周期的管理角度來看，一體化的開發平臺至關重要，也是未來自動化廠商贏得客戶的關鍵因素。

軟件正在成為未來的競爭力核心

軟件正在成為系統的競爭力關鍵，軟件時代正在來臨，這取決于軟件系統的以下特征:

1.軟件是Know-how的封裝容器-它使得那些制造商對于工藝的深度理解被封裝起來，不易于被復制，而這些構成了機器的競爭力核心。

2.軟件賦予了機器更為靈活的功能：在硬件不變的情況下，或者在硬件變化不大的條件下，軟件使得機器能夠實現更為豐富的功能，能夠充分的將硬件的潛能得到*大的發揮，賦予機器更多的功能設計，例如：在硬件一定的條件下，例如配方的管理、質量分析工具如SPC、遠程維護功能等等，都將給機器帶來更多的競爭力。

軟件賦予了機器更高的附加值，也賦予了機器更高的競爭力。

3.標準化的軟件設計正在成為潮流

在不同的機器流程以及不同的機器功能設計里，提取出具有共性的功能塊，如套色、張力、信號濾波、PID等都可以被標準化，也包括了功能的標準化，B&R在2007年開始針對貼標、熱膜包裝、碼垛等包裝流程里的機器軟件進行了標準化的軟件封裝，通過這項工作，在未來，它的目標在于參數化設置而無需編程，將調試時間縮短到數天以內，這得益于對工藝和機器的整個的了解和模型抽取的能力，它無疑將大大縮短Time to Market，并且對于整個開發和調試的成本節省是巨大的。

上圖顯示了在包裝流程的不同機器中來抽取其共性模型的結構，在包裝流程里可以對不同的單元進行共性抽取，標準模塊的調用將會使得未來機器大大降低開發時間和難度，甚至如DCS系統那樣只需要進行組態，而無需編程。

當然，標準化的不僅僅是軟件模塊，也包括項目文檔、調試步驟、溝通機制等等的標準化操作，這樣才能有效的使得開發邁入一個高效的軌道。

運動控制正為機器帶來革新

沒有一個行業像包裝這樣面臨巨大的變化，包裝廠商希望所投入的設備能夠完成更多的工作，并且換裝時間要盡量的短，伺服系統的大量應用為機器帶來了巨大的提升，除了加工速度和精度的提高，更為重要的是，它賦予了機器更加靈活的生產能力，通過參數的設置，伺服系統可以改變速度、位置來滿足不同規格產品的需求，甚至無需人工去做任何調整即可實現訂單的切換，這帶來換裝時間的大大縮短，同時，降低了人工對機械的操作調整帶來的不確定性。

實時通信技術的應用

隨著生產速度提升的要求，控制單元之間的數據交換的實時性也更為苛刻，傳統的現場總線已經無法滿足今天生產對于數據交換的需求，1.數據量更大，對于總線的數據負載能力提出了要求，2.傳輸速度的要求，由于運動控制、多CPU數據交換需要快速的傳輸數據，因此，原有的總線如CAN、Modubus、Profibus等已經無法滿足這些需求3，實時性數據傳輸的需求，尤其在運動控制的同步動作中，為了能夠實現高精度的位置與速度關系的綁定，必須由高速的總線為其提供實時的數據通信，才能保證高度的同步4.由于與管理層的數據交換的需要，而必須能夠支撐更為開放的通信系統。

由于管理層軟件采用了標準的以太網技術，這拉動了控制層和現場層對于以太網技術的需求，然而，以太網卻無法提供實時性，Ethernet POWERLINK,Profinet IRT、SERCOSIII等實時通信技術在今天都得到了迅猛的發展，并為眾多廠商所支持。另一方面，為了能夠保證原有的應用軟件投入得到保護，又需要能夠兼容過去的程序，而Ethernet POWERLINK技術正是滿足這一需求的*佳通信技術選擇，它設計為100Mbps的高速以太網，并且提供了實時協議棧來處理高速的實時數據交換，而其應用層也保留了*為廣泛應用的CANopen，由于它同時兼容TCP/IP應用，使得他能夠滿足未來一網到底的管控一體化需求，它也必然成為未來包裝領域的標準通信系統。(end)

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