MULTIVAC 憑借其針對(duì)食品行業(yè)巧妙設(shè)計(jì)的包裝系統(tǒng)成功滿足了極其嚴(yán)格的衛(wèi)生要求。這也適用于具有專用拾放機(jī)器人的搬運(yùn)模塊。在控制技術(shù)方面，此解決方案是基于 TwinCAT 自動(dòng)化軟件、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)功能庫(kù)以及超高速EtherCAT 通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。不僅 AM8800 系列伺服電機(jī)確保了高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，它們的“衛(wèi)生型設(shè)計(jì)”還有助于讓搬運(yùn)機(jī)器人擁有一個(gè)完全開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，使得清洗更加方便。
MULTIVAC Sepp Haggenmuller 公司總部設(shè)在德國(guó) Wolfertschwenden，是提供針對(duì)食品、醫(yī)藥和消費(fèi)品行業(yè)包裝解決方案的全方位服務(wù)供應(yīng)商。除了包裝機(jī)械，MULTIVAC 的產(chǎn)品組合還包括用于裝卸和輸送的搬運(yùn)模塊、用于質(zhì)量控制和異物檢測(cè)的檢測(cè)系統(tǒng)以及針對(duì)不同包裝類型的標(biāo)記和標(biāo)簽解決方案。食品行業(yè)是 MULTIVAC 解決方案最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，在這個(gè)領(lǐng)域，高效、準(zhǔn)確以及最重要的衛(wèi)生型產(chǎn)品（如肉、魚(yú)、奶酪、蔬菜和即食食品）包裝，是必需的。
基于 PC 的控制技術(shù)應(yīng)用于高效包裝工藝
MULTIVAC 依賴 Beckhoff 基于 PC 的控制技術(shù)對(duì)其所有標(biāo)準(zhǔn)型包裝機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)化改造。早在 2005 年，公司更換了基于微處理器的控制器，以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的機(jī)器不斷增長(zhǎng)的需求，通過(guò)更高的計(jì)算能力和內(nèi)存實(shí)現(xiàn)了比以往任何時(shí)候都更強(qiáng)大的功能。除此之外，PC 控制技術(shù)使得通過(guò)以太網(wǎng)和 OPC 實(shí)現(xiàn)的通訊連接可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口和標(biāo)準(zhǔn)軟件庫(kù)加以簡(jiǎn)化，最大限度地降低開(kāi)發(fā)成本。
根據(jù) MULTIVAC 公司控制技術(shù)部門(mén)主管 Alois Allgaier介紹，PC 控制技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其出色的可升級(jí)性：“一方面，我們總是可以為設(shè)備選用到最合適的嵌入式控制器，無(wú)論其體積大小，但在軟件方面每次都提供相同的功能。另一方面，由于使用了模塊化和靈活的EtherCAT I/O 系統(tǒng)，I/O 設(shè)備可以精確、經(jīng)濟(jì)地根據(jù)應(yīng)用需求調(diào)整。”
最佳適應(yīng)性對(duì)于 Alois Allgaier 來(lái)說(shuō)則意味著包裝機(jī)械可以通過(guò)靈活的 EtherCAT 端子模塊系統(tǒng)高效地進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)：“我們的機(jī)器由CX1020 或 CX1030 嵌入式控制器進(jìn)行集中控制，并在 I/O 級(jí)的三個(gè)分布式控制柜之間分離。這意味著，例如，一個(gè)成型工作站的所有數(shù)據(jù)采集和通信都可以在相關(guān)的控制柜模塊中實(shí)現(xiàn)。與中央控制器所需的通訊通過(guò)超高速 EtherCAT 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，這也是決定選用 PC 控制技術(shù)的重要因素。最終，可以通過(guò)包裝機(jī)械實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘速度直接取決于能否確?？刂萍夹g(shù)盡可能短的周期時(shí)間。”
靈活的搬運(yùn)模塊可用于眾多的機(jī)器人類型
MULTIVAC 搬運(yùn)模塊能自動(dòng)完成各種包裝任務(wù)，包括產(chǎn)品裝載、包裝的分離和定向、拒絕有瑕疵的包裹和將包裝裝箱。根據(jù)需要，系統(tǒng)可以配備兩軸、三軸或四軸機(jī)器人，并可靈活地用于各種產(chǎn)品、包裝規(guī)格、重量和周期時(shí)間。
搬運(yùn)系統(tǒng)可以生成幾乎任何包裝模式，以確保優(yōu)化利用二次包裝的容量。夾層和分配器也可以自動(dòng)插入。由于通用型的不銹鋼機(jī)器構(gòu)造符合衛(wèi)生和 FDA 標(biāo)準(zhǔn)，可以濕式清洗整個(gè)搬運(yùn)裝置，MULTIVAC 模塊非常適用于食品行業(yè)的所有產(chǎn)品和生產(chǎn)環(huán)境。
開(kāi)放的框架結(jié)構(gòu)和不銹鋼電機(jī)的衛(wèi)生優(yōu)勢(shì)
MULTIVAC 當(dāng)時(shí)之所以開(kāi)發(fā)他們自己的搬運(yùn)模塊和機(jī)器人有幾個(gè)原因，Alois Allgaier 解釋道：“我們針對(duì)食品行業(yè)對(duì)包裝機(jī)械提出的極其嚴(yán)格的衛(wèi)生要求，這也是我們?cè)诎徇\(yùn)和機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的標(biāo)桿。因?yàn)槭袌?chǎng)上沒(méi)有合適的系統(tǒng)，我們根據(jù)自己的設(shè)想和目標(biāo)為進(jìn)料區(qū)開(kāi)發(fā)了自己的機(jī)器人手臂。最后我們?cè)O(shè)計(jì)出了一個(gè)不銹鋼框架結(jié)構(gòu)，清洗起來(lái)非常方便，因?yàn)樗峭耆_(kāi)放的。符合 FDA 標(biāo)準(zhǔn)的 Beckhoff AM8800 不銹鋼伺服電機(jī)也發(fā)揮了作用，因?yàn)樗鼈兊陌惭b非常簡(jiǎn)單，不需要額外的保護(hù)外殼。”
AM8800 系列伺服電機(jī)采用不銹鋼外殼，它是根據(jù) EHEDG（歐洲衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)組織）的指引采用“衛(wèi)生型設(shè)計(jì)”設(shè)計(jì)而成的。使用的潤(rùn)滑劑符合食品安全規(guī)定（FDA）。電機(jī)繞組采用變極繞組技術(shù)實(shí)現(xiàn)。因此具有高銅線占空系數(shù)和相應(yīng)的連續(xù)大扭矩。全封閉的定子為電機(jī)外殼提供了理想的繞組熱接觸。這樣做的另一個(gè)好處就是可以機(jī)械保護(hù)繞組線不會(huì)出現(xiàn)振蕩。由于外殼和電機(jī)軸采用防刮傷的不銹鋼AISI 316L 制成，涂料表面不會(huì)有爬行腐蝕或損傷。電機(jī)防護(hù)等級(jí)為IP 69K，可以使用高壓蒸汽清洗機(jī)。電機(jī)具有一個(gè)可選的密封空氣接口，以防止在電機(jī)內(nèi)部有凝結(jié)水形成。
MULTIVAC 使用 Beckhoff AX5206 型號(hào)的 2 通道 EtherCAT 伺服驅(qū)動(dòng)器，用于控制電機(jī)和拾放系統(tǒng)，從而可以運(yùn)行兩個(gè)相同或不同尺寸的電機(jī)。所使用的不銹鋼伺服電機(jī)包括額定扭矩為 3.9 Nm、堵轉(zhuǎn)扭矩為 4.5 Nm及峰值扭矩為 16.5 Nm 的 AM8843 型號(hào)以及額定扭矩為 5.1 Nm、堵轉(zhuǎn)扭矩為 6.0 Nm 及峰值扭矩為 22.5 Nm 的 AM8852 型號(hào)。這樣可以與高速 EtherCAT 通訊系統(tǒng)配套使用，實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)和高精度的搬運(yùn)任務(wù)。
單電纜技術(shù)提高了衛(wèi)生性，降低了成本
伺服電機(jī)的電纜接頭也和外殼一樣，采用“衛(wèi)生型設(shè)計(jì)”。在衛(wèi)生安全方面，Beckhoff 的單電纜技術(shù)（OCT）在連接 AM8800 系列伺服電機(jī)時(shí)，還有另一個(gè)好處，Alois Allgaier 指出：“由于不再需要其中的一根常用的電機(jī)連接電纜，包裝袋也就少了一個(gè)會(huì)引發(fā)污染的因素。這也是我們決定選用 OCT 時(shí)的另一個(gè)重要因素。”
此外，可以充分利用 OCT 的重要優(yōu)點(diǎn)，如減少組件和調(diào)試成本。最后，由于電機(jī)的反饋信號(hào)直接沿著導(dǎo)體被送到電源中，可以省掉一根電纜和接頭，從而節(jié)省了材料成本和布線成本。
機(jī)器人技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制和 PLC 在同一個(gè)動(dòng)態(tài)軟件平臺(tái)上運(yùn)行
Beckhoff 的 TwinCAT 自動(dòng)化軟件將 PLC、運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器人技術(shù)整合在一個(gè)集成式平臺(tái)中，這是 PC 控制技術(shù)所具備的決定性優(yōu)勢(shì)，Alois Allgaier 從一開(kāi)始就持這一觀點(diǎn)。他表示：“甚至在開(kāi)發(fā)機(jī)器人手臂時(shí)，我們確定不希望使用一個(gè)單獨(dú)的機(jī)器人控制器。TwinCAT 讓整個(gè)控制技術(shù)在一個(gè)軟件系統(tǒng)中全面實(shí)施，且調(diào)試工作可以非常迅速地完成。例如，不銹鋼電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器輕松整合到軟件中，且我們的應(yīng)用程序的運(yùn)動(dòng)順序也可以通過(guò) TwinCAT NC PTP 和運(yùn)動(dòng)學(xué)功能庫(kù)高效實(shí)現(xiàn)。”
機(jī)器人功能可以使用“TwinCAT 運(yùn)動(dòng)學(xué)變換”自動(dòng)化軟件進(jìn)行映射。TwinCAT 增補(bǔ)軟件被透明集成到現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。因此，機(jī)器人及運(yùn)動(dòng)控制功能可以在一個(gè)協(xié)調(diào)的環(huán)境中優(yōu)化同步。例如，3D Delta 運(yùn)動(dòng)可以毫不費(fèi)力地與“飛鋸”功能連接，以便與輸送帶同步，拾放包裝。各類機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)都可實(shí)現(xiàn)，可以在直角坐標(biāo)系中使用 DIN-66025 命令或者 PLC 中與 PLCopen 兼容的組件對(duì)動(dòng)作進(jìn)行編程。集成的動(dòng)態(tài)預(yù)控制確保運(yùn)動(dòng)在高加速度和高速情況下仍然能夠保持高精度。 TwinCAT 運(yùn)動(dòng)學(xué)變換功能庫(kù)包含直角坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)、二維并聯(lián)運(yùn)動(dòng)、剪切運(yùn)動(dòng)、起重機(jī)和滾軸運(yùn)動(dòng)、3D Delta 運(yùn)動(dòng)和 SCARA 運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)符合 FDA 標(biāo)準(zhǔn)的不銹鋼面板型 PC 實(shí)現(xiàn)直觀操作
Alois Allgaier 認(rèn)為，PC 控制的優(yōu)點(diǎn)在系統(tǒng)靈活性方面不僅僅局限于控制軟件：“我們可以完全根據(jù)需求提供兩個(gè)具有不同控制方案的搬運(yùn)模塊：一方面，這可能是一個(gè)模塊化的系統(tǒng)，換句話說(shuō)，擁有其自己的嵌入式控制器。另一方面，模塊可以采用一個(gè)更深入地集成在包裝系統(tǒng)的元件的形式，并在主包裝機(jī)械的控制器上作為軟件運(yùn)行。Beckhoff 的自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)這種靈活性為用戶提供了一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。搬運(yùn)機(jī)器人相應(yīng)地運(yùn)行，或者通過(guò)其自身的 HMI，或者通過(guò)包裝機(jī)終端。”
定制設(shè)計(jì)的 CP7201 面板型 PC 采用高品質(zhì)不銹鋼設(shè)計(jì)，有一個(gè) 12 英寸的觸摸屏，被用作為顯示和操作終端，其防護(hù)等級(jí)為 IP 65。該面板型 PC 的特點(diǎn)與不銹鋼伺服電機(jī)一樣，都采用“衛(wèi)生型設(shè)計(jì)”，換言之，其外殼采用無(wú)縫設(shè)計(jì)，配有一個(gè)齊平式安裝的觸摸面板。MULTIVAC的 HMI 2.0 用戶界面可以簡(jiǎn)單、直觀、可靠地操作搬運(yùn)模塊以及整臺(tái)包裝機(jī)械。純文本信息顯示、豐富的圖形和視頻序列、200 個(gè)自由分配的程序預(yù)設(shè)、36 個(gè)可用的界面語(yǔ)言，以及多層次的訪問(wèn)權(quán)限管理也有助于在世界各地進(jìn)行直觀、安全的操作。