模块化设计提供食品包装的食谱

通过将模块化设计方法与运动控制相结合，食品包装机制造商可以在设计阶段和操作阶段提供灵活性。

运动控制已成为包装机器设计的标准技术，使制造商能够处理每分钟数百个单位，并轻松从食谱转换为食谱。但是，每个客户的需求略有不同，尤其是在食品行业。结合运动控制，模块化设计平台为机器建造者提供了工具，使他们可以在不进行非经常性工程时间进行大量投资的情况下修改其设计，从而使他们能够快速提供灵活的，经济的解决方案。

粮食加工行业往往相当规避风险。然而，基于机电机械塑料的模块化包装平台可能会冒险进入新的包装设计或新功能。在CP Packaging LLC上生产用于肉类和奶酪的真空包装机的CP Packaging LLC，模块化设计使他们满足可变客户需求的能力有所不同（见图1）。Dwayne Long说：“如果我们的客户想向机器添加功能 - 制作不同的包装，进行切割或添加标签 - 我们可以分开机器，在其中添加链接并添加其组件。”经理。“由于伺服驱动器，我们能够这样做。”使用模块化平台，可以在构建过程中甚至在翻新过程中添加功能。

雏菊链式智能驱动器一起使设计团队可以扩展基本平台，而无需增加控制外壳的大小。朗说：“我们运行了一台底座机器，上面有六个伺服轴，我们可以运行多达20个伺服轴，而无需更大的机柜。”“我们只是继续添加到（最后一个驱动器上的一根电缆）的末端。如果我们添加一个需要另一个伺服轴的组件，它基本上就拼接到了线上；当然，这一切都是用插头完成的，但这就是它如何进入那里。”该公司的形式填充机器可以从20到50英尺，但设计仅具有6毫秒的延迟。为了达到性能，设计利用了包括Profibus，Ethernet和Sercos在内的各种网络技术。

模块化还为想要更改包装或更改机器以包装全新产品的客户提供了好处。在一个完美的世界中，这样的转换只需要在人机界面（HMI）中使用新食谱。但是，通常需要对机器本身进行实际的物理更改。Long说：“它可能不会添加功能，但是要使包装大小的更改，您必须更改机器的物理长度，以使索引正确排列。”这种修改通常在加载或标记部分中进行。在这里，模块化设计也使工程团队可以将新组件拼接成所需的性能。

有时，进行更改以适应包装过程本身的更改。例如，日期编码是越来越普遍的要求。Winpak Lane Inc.利用模块化设计，使客户可以根据需要集成可选的打印模块。该公司生产的硬杯机器，包装从奶油奶酪到蘸酱和生产调味品的小袋机器（见图2）。为了简化日期编码模块的集成，钻出机器面板并设置为额外驱动器的空间。添加打印模块就像在SERCOS循环中添加另一个伺服驱动器一样简单。打印头本身由一个由伺服运动驱动的线性执行器组成，该线性执行器载有尽可能多的喷墨头，以在分配的时间内完成运动。例如，袋机将18英寸宽的塑料丝带转换为12个小袋，每分钟最多以115个周期运行。以这种速度，这部电影仅停止使用毫秒，因此覆盖整个胶卷的宽度需要三个头。编码器反馈允许机器执行直线加速/减速，而不是处理梯形轮廓，这会减慢速度过程。温帕克销售和营销总监马克·格里芬（Mark Griffin）说：“现在，我们可以提高我们能够实现的线速度，而不会侵犯喷墨的一个G加速度限制。”

当前添加模块需要适度的修改对代码。最终，该公司计划将其模块化方法扩展到软件和HMI，以便一旦用户添加了硬件，他们就可以在HMI中打开和关闭软件选项，而无需任何其他编码。他说：“ HMI会隐藏机器没有的某些功能，然后如果我们稍后添加它们，我们只会对这些项目进行可见性，并基本上可以在程序中启用它们。”

控制体系结构根据机器类型而变化。对于大约两个冰箱大小的小袋机，集中控制就可以了。可以合并盒装包装器的硬杯包装机的时间要长得多。除了运行杯子填充和密封操作的专用运动控制器外，案件包装模块还需要自己的可编程逻辑控制器（PLC）。如今，该公司利用智能组件和网络，使用单个控制器和HMI运行整个计算机。他们将电缆连接到箱子包装工上的遥控I/O银行，并通过以太网与它进行通信。格里芬说：“我们真的能够通过分发一些项目来弥补很多成本，复杂性和控制。”

在一台机器上，盒装盒有三个轴：两个用于拾起杯子的头部水平和垂直运动的轴，第三个用于头部垂直运动，将纸板放在单个杯子的层之间。该团队将系统作为三个独立的机电轴实施。在机器的先前化身中，这将涉及在填充/密封模块上进行硬气动控制以及案例包装器，增加组件计数，成本和复杂性。格里芬说：“盒装盒子本来应该有一个PLC和自己的I/O，并且杯子机将发出'Go'信号，以开始其包装周期。”“我们离它已经走了很长一段路，它在产出方面已经证明了自己。现在，新机器的每分钟接近750杯，而伺服技术前的每分钟500杯。”

格里芬说，最初，客户对向伺服电机的转变保持警惕，尤其是在分布式控制的情况下，但他们已经欣赏了这些好处。在诸如食品加工之类的低利润行业中，即使是少量停机时间也可以消除很大比例的利润。运动控制提供了行业所需的灵活性和可靠性，而模块化设计则可以完成其余的工作。

致谢
包装行业业务开发人员兼渠道经理Dave Kirklen西门子工业公司（乔治亚州的Alpharetta）和丹·宝座（Dan Throne），餐厅行业部门经理，包装和印刷Bosch Rexroth Corp.（伊利诺伊州霍夫曼庄园）为本文提供了有用的背景信息。