基于 PC 的控制技术与 EtherCAT 助力实现性能飞跃
为确保网购商品能够完好无损地送达消费者手中，在运输过程中，必须保护包裹免受损坏。
总部位于威斯康星州阿普尔顿市的 CMD 公司专为快节奏的电商行业研发出一套智能快递袋生产系统。该系统采用倍福控制技术，无缝集成生产线上的所有工站：无论是间歇式还是连续式运行模式，最终形成高度优化的工作流程。
CMD 公司深知柔性自动化与结果可复现性对于包装行业的重要性。为此，这家原始设备制造商持续探索创新技术，并将这些技术应用于高度定制化的塑料转化解决方案赋中，以精准满足行业需求，CMD 这一企业名称正是“Custom Machinery Design（定制化机械设备设计）”的精准诠释，生动体现了其核心的定制化理念。
公司最近开始为一家电子商务领域的合同制造商设计一款新型快递袋包装机。CMD 间歇运动产品部产品线经理 Scott Fuller 表示，高吞吐量和直观操作界面是其包装机设计的核心诉求。“这款新型包装机速度更快，自动化程度更高，解决了我们终端客户的痛点问题。”Fuller 说道。终端客户将为线上零售商定制生产电商商品运输用塑料袋。客户的另一个需求是：可适配自动化产品装载的包装袋。
新一代自动化解决方案
在全新优化的薄膜转换工艺中，1400-GEC 机器展开两卷薄膜，并在这两卷薄膜上进行套印，并采用连续纵向热封。然后，薄膜卷将通过一系列横向冲压成型和热封工序，根据订单需求将材料切割成 1 至 5 条独立的包装袋通道，并添加易撕口设计以方便分离。在将成品包装袋装箱前，系统会根据客户指定的使用规范，执行视觉检测程序：在包装袋内注入空气，并测量其形状轮廓。
“这台机器采用了全新的自动化工艺。它从连续运动切换为间歇运动，然后在出料阶段又回复为连续运动，且能够在每个转换阶段同步处理不同的工艺任务。”Scott Fuller 解释道，“这使它完全不同于我们以往设计的任何机型。”
要实时支持所有这些功能，需要配置具备强大运算能力的控制系统。此外，开发团队还面临着项目周期极为紧张的挑战。必须在保证项目如期交付的同时，确保最终方案能够顺畅运行，并具有可靠的品质保障。
功能强大的编程工具
TwinCAT 自动化软件 是一个端到端的开发环境和 Runtime 平台，实现了从 PLC、运动控制到集成式安全以及物联网功能的全面整合。在开发新型操作界面时，TwinCAT HMI 使 CMD 能够利用 HTML5、JavaScript 和 CSS 等现代网页设计标准进行编程。由此生成的响应式界面通过更加直观的 HMI 设计提升了用户体验。
在基于 TwinCAT 进行设备控制编程的过程中，CMD 与倍福特别项目组 (SPT) 的软件专家们展开了密切合作，并从中获得了显著的技术优势。SPT 框架构建 ISA-TR88 和 PackML 等行业标准以及 TwinCAT 中的相关功能库基础之上。该技术有效简化了生产线中各个设备之间的通信编程工作。对开发人员而言，其优势在于他们不需要为每个新项目重复造轮子，既能重复使用现有的代码，又可快速响应新需求进行定制化调整。
产线效能全面跃升
CX2033 嵌入式控制器是整条生产线配备的唯一设备控制器。双核 AMD Ryzen™ 处理器为倍福 DIN 导轨安装式控制器提供了强大的算力支撑，并为未来的升级和扩展预留了空间。“在资源受限的系统中运行时，HMI 会出现明显的触控延迟现象。通过将 HMI 服务器部署在提供丰富计算资源的 CX2033 上，我们成功实现了触控面板的极速响应操作。”CMD 公司软件工程师 Adam Benson 解释道。
EtherCAT 耦合器 EK1914 通过其数字量标准接口和安全 I/O，实现了整条产线的通信集成。除了用于标准信号的 EtherCAT 端子模块外，各站点的 I/O 网段还集成了 TwinSAFE 安全端子模块。这使得 CMD 能够便捷地为生产线中各个设备配置安全功能，例如为每个工具单独配置急停按钮。
在 CMD 公司高动态运动控制应用中，EtherCAT 凭借其出色的同步性能，进一步释放了倍福驱动解决方案的性能潜力。该设备配备了 AX8000 多轴伺服系统和 AM8000 伺服电机，实现十四轴联动控制。“AX8000 驱动器在输出功率与超紧凑设计之间实现了平衡。”CMD 电气工程师 Jason Plutz 说道。“通过采用集成式安全扭矩关断功能，我们成功省去了两个大体积的接触器，显著节省了面板空间。”
CMD 公司采用 TwinCAT 3 软件平台中的凸轮运动控制功能控制快递袋包装机上的两个轴。原先安装在间歇运动段的开袋器通过凸轮功能被重新定位到下游，效率得到了显著提升。通过薄膜卷连续成型工艺的外推法，开袋器可以采用精密凸轮机构实现动作时序的精准匹配，确保在最佳时刻完成目标运动。
为未来做好充分准备
通过采用倍福的软件框架，CMD 公司将代码复用率提升至 90%。采用 TwinCAT HMI 后，团队成功开发出了具有卓越定制化能力、更直观的操作界面。“新版操作界面与我们原有的 HMI 界面布局相似，但设计更加简洁、更加人性化。”软件工程师 Adam Benson 说道。
通过 EtherCAT 通信的 CX2033 嵌入式控制器用于控制整台设备，显著加快了 CMD 的设备生产节拍。“所有环节都能保持统一的高速扫描，这是一项巨大优势。不同速度的工序站点之间完全不需要担心通信问题，因为整个系统采用的是全局同步更新机制。”Jason Plutz 解释道。这使得 CMD 团队成功实现了每分钟处理 200 英尺（约 60 米）塑料薄膜的目标吞吐量。这意味着每条产线每分钟可产出 100 个包装袋，最终实现了每分钟 300 至 500 个包装袋的惊人总产量。
展望未来，CMD 团队计划升级至搭载四核 AMD Ryzen™ 处理器的 CX2043，以获得更强大的设备控制性能。倍福拥有丰富的工业 PC 产品线，具有高可扩展性，支持在不重新设计的情况下实现性能调整。
