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2021年5月7日

伺服控制助力实现定制化加工

倍福驱动技术帮助传统的奥地利企业应对现代化的定制需求

瓶盖是一种集保护与装饰为一体的物品。它们既能保护葡萄酒及其它饮料不受外界污染,又是一种装饰性的设计元素,让瓶子具有与众不同的个性化外观。总部位于奥地利 Pinggau BT-Watzke 公司的设计灵感几乎无穷无尽。因为这家施蒂里恩(Styrian)传统企业拥有自己的工程门和机加工车间,因此能够控制如何实现客户的各种不同需求。Beckhoff Automation 的伺服驱动技术在其中也同样发挥了重要作用。

Watzke 瓶盖制造厂可以追溯到 1892 年。这家位于 Pinggau 的传统企业最初是一家锻造厂,现已发展成为一家优质的瓶盖供应商。这家施蒂里恩制造商的客户群既有小型葡萄酒生产商,也有大规模灌瓶商。公司的出口配额约为 85%。“我们的产品远销 40 多个国家,包括德国、苏格兰、南非和坦桑尼亚。我们甚至还在美国俄勒冈州西北部的舍伍德市设立了北美总部。”BT-Watzke 有限公司总经理 Christian Stanzel 解释道。

施蒂里恩制造商为葡萄酒、起泡酒、烈性酒和果汁瓶提供多种定制选项,从“简单的”顶部和侧面印刷,到复杂的铝箔压花及其它典型的瓶盖设计,如透气孔或软木塞气孔、球形或网格纹理、撕开式穿孔或撕条。“很多客户带着模板来找我们,问我们能否复制他们的独特设计。我们有自己的工程部门,这也是我们的最大优势,我们能够满足客户在形状、颜色、标识、字体等方面的个性化需求。如果我们没有合适的工具满足未处理订单的需要,我们会检查可行性,必要时,我们会对现有设备进行相应的升级或改造。”Christian Stanzel 在强调公司全面的制造专业技术时说道。

这家位于 Pinggau 的传统企业成立于 1892 年,最初是一家锻造厂,现已发展成为一家优质的瓶盖和旋盖供应商。
这家位于 Pinggau 的传统企业成立于 1892 年,最初是一家锻造厂,现已发展成为一家优质的瓶盖和旋盖供应商。

BT-Watzke 公司的另一个特点是,它是一家一站式供应商:从低成本的热收缩瓶盖到高品质的锡箔瓶盖。这家施蒂里恩制造商还可提供介于这两者之间的其它选择,包括覆膜式瓶盖和铝质瓶盖。“除了我们自己之外,世界上没有其他生产商能够在同一个地方生产出如此多种类的封口产品系列。我们自 2007 年开始生产 Vinotwist 旋盖,此后的十几年,设计和生产的瓶盖种类越来越多,我们开发出了各种针对给最多样化的瓶子类型进行封口的解决方案。”电气工程师 Daniel Wolf 指出了这家位于 Pinggau 的传统企业所具备的多项“领导者”素养。他必须知道的是:在一天结束时,通常是由他和他的同事 Gerhard Schuller 与车间经理 Franz Reifbäck 及其团队合作,满足每年制造出约 3.5 亿个瓶盖所需的基本技术条件。

完美控制同步运动

BT-Watzke 公司很少购置现成的标准设备。“我们使用的所有工具和设备几乎都是根据我们自己的需求研发制造的。”Franz Reifbäck 确认道。因为,对我们来说,最重要的是能够灵活应对不同的客户需求。目前,位于 Pinggau 的瓶盖厂共使用了约 100 台自建系统,其中包括 14 个“简单”的喷涂系统。其中一台设备最近又新增添了一个零件。“由于我们的旋盖侧面表面需要根据不同的颜色进行三层涂层,我们决定在这个生产过程中整合第三台设备,以提高吞吐率,”Franz Reifbäck 在解释他们为什么决定助这个“正在运行的系统”一臂之力时说道。尤其是下述优化措施有助于最终大幅提升系统性能:采用倍福的伺服驱动技术输送坯件,而不是目前常用的气动解决方案。“这个项目涉及三个独立运行的系统,但这三个系统必须同步运行。因为这三个系统与干燥窑炉一起构成一个单元,每块待喷涂的坯件都需要经过干燥窑炉处理。”倍福销售人员 Bernhard Fischer 在描述他们在 BT-Watzke 公司所需完成的任务时说道。

输送链用作这一应用的时间基础,决定了各个设备部件中必须进行的所有操作的额定速度。“我们为此使用了 EL5151 增量式编码器接口端子模块,它将输送链的位置作为一个虚拟主轴记录下来。所有后续的运动序列都通过我们 TwinCAT 自动化软件中的凸轮盘功能自动对齐。”Bernhard Fischer 介绍道。这家位于 Pinggau 的工厂的维护部门很快就认识到这个简单的同步功能的优点。因为现在在每次重新编程后,都可以在低速下测试驱动器在每分钟高达 200 次的最大输出时的行为。“无论系统以哪种速度运行,AM8000 伺服电机都只按照为它们所设置的曲线运行。”Daniel Wolf 在介绍关于新增的设备部件与侧面表面喷涂系统现有单元之间完美的同步控制时热情地说道。现在,不再需要每天早上执行参考运行。“这是倍福在设计驱动技术时考虑到的另一个方面。我们希望能够在早上立即启动所有设备。”电气工程师在概述 BT-Watzke 公司在这个项目中提出的一些额外的小要求时说道。

循环高达每分钟 200

“我们表达了我们的要求,并指出,我们需要一个最高每分钟可以完成 200 次循环的解决方案。但当涉及到实际实施细节时,我们在很大程度上要依靠倍福的技术专家。只有他们最清楚自己的产品到底能实现什么。”Daniel Wolf 描述道。他们早在设计阶段就开始与倍福合作,大家都开诚布公地交换了各自的看法和意见。车间经理 Franz Reifbäck 首先使用 CAD 程序设计所需的额外第三台设备零件的外观。然后,他会将这些方案交给倍福技术专家进行评估和复查,同时进行一些改进和商讨。“我还清楚地记得,倍福驱动专家 Leo Büchinger 和我并排坐在屏幕前。我给他提供了与某些位置相关的重量和直径以及相关的速度,他很快就想出了可以考虑使用哪些组件。”Franz Reifbäck 阐述道。相应的 CAD 数据被直接发送到他的电脑上。“设计过程非常顺利。我再也不需要到处打电话或发送进一步的信息;一切都在现场本地完成。整个过程仅需短短几个小时就全部完成。”他补充说道。

除了大量的 EtherCAT 输入和输出端子模块、前面提到的 EL5151 增量编码器接口端子模块、EL72xx 系列伺服电机端子模块和 EL9576 制动斩波器端子模块之外,BT-Watzke 公司的侧面表面喷涂系统现在还配备了一台搭载 Intel® Atom™ 多核处理器的 CX5130 嵌入式控制器和 4 个 AM8000 系列伺服电机。后者可确保在与生产周期同步的旋转装置上安装或拆卸瓶盖坯件。此外,它们还可以控制转盘的运动。

“按照我们的设想,设备在安装后立即就能运行的可能性是 100%,但从转盘拆卸坯件的工作是一个最大的未知数。一切真的会像事先计算的那样吗?机械和电动驱动技术是否能正常交互?由于我们以前从未用这种方式做过类似的事情,所以在第一次真正的试运行之前,我们有一点不安。“仿真是一回事,但在日常生产中已经多次证明了我们的错误。可能很快到处都会出现问题。”据 Franz Reifbäck 介绍,毕竟,瓶盖并不都是一样的:“根据喷涂的漆(哑光漆或亮光漆)或者输送的产品颜色(黑色或者绿色)不同,它们的表现会略有不同。“驱动技术必须对这些细微的差别做出响应。”车间经理在强调所使用的倍福解决方案必须能够提供最大的适应性和灵活性时说道。

信任减少复杂性的良方

BT-Watzke 与倍福之间的密切合作建立在互利互信的基础上。“我和我的同事 Gerhard Schuller 都是工厂电工,我们的日常工作涉及到的范围非常广泛:从灯具的更换、维护和维修到绘制图纸和(重新)编程。在第一个项目中,我们更需要一个对我们来说全新的技术供应商为我们提供支持,而不是一个已经对此类事务有更多经验的人。在这方面,靠近施蒂里恩的倍福销售办事处给我们提供了很大支持,尤其是我们的两个主要联系人:Bernhard Fischer 和 Thomas Maierhofer,他们住得都不远。他们会在我们需要时立即赶到现场。”Daniel Wolf 称赞了整个倍福团队的响应速度。

两家公司计划在 2021 年继续开展一些类似的合作活动。目前我们正在讨论对旋盖侧面喷漆装置进行扩展,增加电能测量功能、加强与 ERP 系统的连接,以及其它设备转换或功能升级。“我们的工程部门总是忙得不可开交,因为不仅总是需要设计或生产新的产品,而且还需要对现有的设备进行维护,必要时还要用最新的电子设备进行现代化改造。”总经理 Christian Stanzel 说道,同时确认他们很快将会给倍福发出更多的订单。我们将来也许会想要实时处理数据,或者加入图像处理。”Daniel Wolf 说道,他的这番话也暗示了公司未来的发展方向。倍福与位于 Pinggau 的 BT-Watzke 公司一样,也是一家拥有多项“领导者”素养的可靠合作伙伴。一方面,因为基于 PC 的控制技术“本质上”是可扩展的 — 无论是在硬件还是软件方面。另一方面,因为整个倍福团队倾其所有专有技术,努力超越而不仅仅只是满足客户的期望。

BT-Watzke 公司主要想解决的是“小型和大型驱动技术”与生产周期同步的交互问题,Franz Reifbäck 和 Daniel Wolf 认为,乍一看似乎并不那么容易控制。但得益于 Bernhard Fischer 推荐的凸轮盘功能,即使是针对这种高度复杂的任务,也可以通过软件切换轻松解决所有问题。所有的实际位置和目标位置都通过 EtherCAT 传输给所涉及的 EL72xx 伺服电机端子模块和 AX5000 伺服驱动器,因此可以在 AM8000 伺服电机上实现电子凸轮盘。“我们仔细观察了几个运动序列在 TwinCAT 3 中是如何同步的,下次我们就可以自己独立完成了。”Daniel Wolf 和 Gerhard Schuller 说道,他们对能够在与倍福的深入合作中学到如此多的东西感到非常高兴。