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2021年4月26日

基于 PC 的控制技术助力实现资源节约型个性化产品包装

通过 100 多根精确控制的轴按需定制包装

随着电商行业的蓬勃发展,包装已经成为该行业不可或缺的重要组成部分。但人们往往会使用并不必要的大体积包装运输货物。这不仅会增加成本,造成资源浪费,还会带来严重的环境影响。为了避免这种情况的发生,瑞士 Kern 公司特别开发了 PackOnTime 2box 包装系统。使用这个系统可以根据客户需求精确定制运输箱。该项目通过倍福基于 PC 的高性能自动化解决方案实现。

来自 Kern 公司的开发主管 Marcel Stalder、电子子项目主管 Reto Schori 和 PackOnTime® 项目主管 Patrick Vogel 以及倍福利萨赫办事处主管 Andreas Iseli 在 Pack-on-Time 系统的样机前(从左至右)
来自 Kern 公司的开发主管 Marcel Stalder、电子子项目主管 Reto Schori 和 PackOnTime® 项目主管 Patrick Vogel 以及倍福利萨赫办事处主管 Andreas Iseli 在 Pack-on-Time 系统的样机前(从左至右)

位于瑞士科诺尔芬根的 Kern 公司最初以生产信封机起家,是一家已经拥有 70 多年历史的家族企业。“然而,随着传统书信越来越多地被无纸化电子邮件所取代,信封机市场,特别是在银行和保险业,正在逐步萎缩。”Kern 公司电子子项目负责人 Reto Schori 解释说道。这种市场的萎缩也为 Kern 公司提供了动力,开发出 PackOnTime® 系统,以期在电子商务这个具有相关性、有前景的市场找到新的立足点。这个行业领域蕴含着巨大的增长和创新潜力,特别是在可持续发展方面。目前,传统包装通常使用的是标准纸箱,它们往往要比运输的货物大得多。因此,在运输时,必须在纸箱中放入填充物保护货物。另外,如果体积过大,在运输途中也会占用不必要的空间,同时也需要更多的储存空间。简单来说,体积过大的纸箱和填充物都会造成不必要的资源浪费。

新开发的 PackOnTime® 系统能够自动按需将订购的产品包装定制尺寸的运输箱中,可以节省资源,减少包装材料的消耗,减小占用空间,缩短包装时间。“在测量好物品或一组物品的长宽高后,仅需 30 到 40 秒的时间即可生产出一个定制尺寸的包装。”Reto Schori 介绍道。“我们使用的唯一材料是采用可持续设计的瓦楞纸板和胶水。”系统每小时能够生产和填充 750 个定制包装。只需一个人就可以高效地操作系统。

基于 PC 的控制技术成功通过了评估

“我们花了很长时间开发和运用我们自己的控制系统。在 2016 年,我们意识到,我们不能再这样做无用功了。此外,我们自己的控制器也无法像现在使用的倍福解决方案那样达到我们所期望的速度。”Kern 公司开发主管 Marcel Stalder 说道。“于是,我们开始评估市场上适合我们需求的控制系统,接触了几家控制系统制造商,其中有两家能够针对具体项目实施解决方案。通过仔细评估,我们决定选择倍福作为我们的控制系统供应商。从那时开始,我们所有的新项目都采用倍福基于 PC 的控制系统。PackOnTime® 亦是如此。”

100 多根由 AM8000 伺服电机实现的驱动轴实现了生产包装、运输货物和将物品插入包装所需的大量运动。
100 多根由 AM8000 伺服电机实现的驱动轴实现了生产包装、运输货物和将物品插入包装所需的大量运动。

采用 PC 控制技术的原因之一是它具有良好的开放性,能够兼容不同的标准。“我们最初的想法是重用针对我们自己的控制系统开发的软件功能。但最后证明这完全没有必要。”Reto Schori 补充说道。Kern 选择了搭载 Intel® Xeon® 处理器(2.0 Ghz,八核)的高性能 CX2062 嵌入式控制器作为 PackOnTime® 的控制系统。配备 24 英寸多点触摸屏的 CP3224 经济型面板型 PC 作为操作终端。

在换成使用倍福自动化技术后,控制软件最初是用结构化文本创建的。“但这种类型的编程需要文档额外开销。”Reto Schori 说道。“因此我们决定换成使用 TwinCAT 3 UML。TwinCAT 统一建模语言(UML)编辑器的优点是在开发的同时,以易于理解的方式记录软件系统。”

优化设计和同步驱动轴

驱动技术在 PackOnTime® 系统中扮演者重要角色。目前,系统样机中使用了约 100 根驱动轴,计划要再增加 30 根。“非常重要的一点是,倍福可以提供覆盖范围非常广泛的驱动产品。如果是以前的供应商,我们通常必须决定使用哪种类型的电机和哪种类型的运动控制器,然后用它们来实现几乎所有应用。但在设置参数方面往往会有很大的困难。”Reto Schori 解释说道。“相比之下,有了倍福后,一切就容易多了。因为他们可以提供范围广泛的产品系列,我们能够为每个应用选择最合适的电机,以及 AX8000 伺服驱动器和 El72xx 系列伺服端子模块等合适的驱动产品。单电缆技术(OCT)的另一个优点是能够显著减少需要使用的电缆数量。”

系统由一台 CX2062 嵌入式控制器控制。
系统由一台 CX2062 嵌入式控制器控制。

Kern 公司不仅决定采用基于 PC 的控制技术,同时也选择 EtherCAT 作为现场总线,PackOnTime® 系统也延续使用了 EtherCAT。“EtherCAT 在我们的系统中证明了自己的真正价值。通过 EtherCAT 可以非常轻松地实现多轴同步,这对我们来说是一种全新的体验。“以前的控制系统和 CANopen 总线技术不可能做到这一点。”Reto Schori 说道。“目前,市场上有大量供应商都支持 EtherCAT,这是项目实施过程中的另一个优势。”

随着新的 EtherCAT G 技术升级,EtherCAT 的性能又被提升到一个全新的高度,Kern 公司对这一点赞叹不已。“目前的性能完全足够用于实施 PackOnTime® 系统。将来我们可能会使用 EtherCAT G1 或 G10,因为我们的模块化系统将需要添加更多的模块。”Kern 公司 PackOnTime® 项目经理 Patrick Vogel 补充道。

维修工具提升可靠性

Kern 公司建议维修部门使用倍福维修工具(BST)来维护其系统和设备。“我们认为,能够随时在现场更换组件,甚至是整台工业 PC,这一点非常重要。因此,从我们的角度来看,这样的工具是不可或缺的。”Reto Schori 继续说道。BST 是一个非常人性化的图形化备份和恢复程序,适用于安装有 Windows 操作系统的工业 PC。在发生故障时,它可以恢复操作系统镜像文件,或者用于创建一个具有相同配置和设置的新工业 PC 系统。