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飲料包裝行業(yè)對自動化系統(tǒng)的需求

2014-12-09 11:47 來源：中國包裝機(jī)械網(wǎng) 責(zé)編：顧穎瑩

摘要：: 據(jù)統(tǒng)計，中國飲料的年產(chǎn)量基本呈逐年增長的趨勢，保持在兩位數(shù)的百分比增長率，約10％——20％，平均每年的總產(chǎn)量已接近3000萬噸，是食品工業(yè)中發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。隨著行業(yè)競爭越來越激烈，產(chǎn)品逐漸細(xì)化和細(xì)分，飲料包裝行業(yè)對包裝設(shè)備提出了更高的要求。

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【CPP114】訊：據(jù)統(tǒng)計，中國飲料的年產(chǎn)量基本呈逐年增長的趨勢，保持在兩位數(shù)的百分比增長率，約10％——20％，平均每年的總產(chǎn)量已接近3000萬噸，是食品工業(yè)中發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。隨著行業(yè)競爭越來越激烈，產(chǎn)品逐漸細(xì)化和細(xì)分，飲料包裝行業(yè)對包裝設(shè)備提出了更高的要求。

1.聯(lián)線生產(chǎn)的需求

聯(lián)線生產(chǎn)是將原來的各個分立的單元進(jìn)行組合為一個連續(xù)的生產(chǎn)過程，取消了物料在生產(chǎn)過程中的搬運、在線儲存等環(huán)節(jié)，降低在線物流和取消中間物流環(huán)節(jié)從而大大提高效率。

在2010年的Chinabrew上KRONES-這一全球最知名的灌裝線整體方案提供商展出了他們的一體化機(jī)器，將吹瓶、清洗、在線檢測、灌裝、壓蓋、貼標(biāo)、熱膜包裝、堆垛、裝箱整個構(gòu)成一條生產(chǎn)線，這樣，飲料制造商就可以在最為高速的情況下生產(chǎn)，因為取消了整個生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)的周轉(zhuǎn)時間，使得整廠效率大幅度提升。另外，整個生產(chǎn)過程在嚴(yán)格的管理系統(tǒng)監(jiān)控之下，數(shù)據(jù)可以被集成在一個大的整廠架構(gòu)下，以便能夠?qū)崿F(xiàn)對整個生產(chǎn)過程中的品質(zhì)數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)等進(jìn)行實時分析和進(jìn)行工藝改善和質(zhì)量追溯，這一切都能使得整個生產(chǎn)系統(tǒng)效率得到大幅度的提升。

而在瓦楞紙展上我們也看到國內(nèi)的制造商開發(fā)出從瓦楞紙板的開槽印刷、模切、糊盒、碼垛一體化的機(jī)器，這些都將整個生產(chǎn)過程效率得到大幅度的提升，包括預(yù)印的柔版技術(shù)，也能將面紙與瓦楞線進(jìn)行集成，使得，瓦楞紙板直接就可以進(jìn)行裁切使用，而無需經(jīng)后道的印刷即可，不僅提高了效率，而且也提高了品質(zhì)，因為預(yù)印技術(shù)能夠更好的保持瓦楞面的強度。

聯(lián)線生產(chǎn)對于自動化的要求在以下幾個方面：

1）.開放而靈活的接口設(shè)計：一個開放的系統(tǒng)才能連接到各個傳感器、儀器儀表、安全系統(tǒng)、這不僅包括了設(shè)備的之間的互聯(lián)，也包括了與上位的ERP/MES，CIMS等系統(tǒng)的互聯(lián)能力，包括開放的接口如OPCServer，與數(shù)據(jù)庫的連接等。

2.）靈活的硬件設(shè)計-首先要有完整的產(chǎn)品線來滿足各種控制系統(tǒng)的產(chǎn)品，如B&R的GMC就包含了針對同步伺服、異步伺服、直流、步進(jìn)、液壓等的控制，同時也包含了機(jī)器人和CNC庫的支持能力。

2.更為柔性的生產(chǎn)：快速工藝切換

由于包裝對象的巨大變化能力，對于生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性提出了巨大的挑戰(zhàn)，一方面，工藝要快速切換，另一方面，無需為一個新的生產(chǎn)設(shè)計新的機(jī)器，這就體現(xiàn)在生產(chǎn)系統(tǒng)的適應(yīng)范圍上，而生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性不僅體現(xiàn)在生產(chǎn)工廠的組織、流程的優(yōu)化，在執(zhí)行面上，由自動化系統(tǒng)提供的則是快速的工藝切換，以及帶來的生產(chǎn)范圍的擴(kuò)展。在這個方面，運動控制技術(shù)帶來的貢獻(xiàn)頗為巨大，運動控制如何改變了生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性呢?我們從幾個例子可以看到：

2.1裁切：最為常見的包裝動作是熱封動作，無論在臥式還是立式的食品包裝機(jī)械里都存在這個單元，而裁切動作變化的是尺寸和壓力，而這些最容易在運動控制上來實現(xiàn)，因為只需要一個裁切尺寸和壓力的扭矩輸出值的變化就可以實現(xiàn)這一點，而原有的系統(tǒng)則需要根據(jù)參數(shù)的變化進(jìn)行機(jī)械的調(diào)整。

2.2灌裝：系統(tǒng)可以根據(jù)瓶子的容量需求自動調(diào)整灌裝過程，根據(jù)不同的飲料例如碳酸飲料、啤酒、水修改各閥的動作邏輯，這些對于自動化系統(tǒng)而言都是非常簡便的。

對于控制技術(shù)而言，例如，B&R的運動控制ACOPOS可實現(xiàn)電子凸輪的在線切換，可以“邊運動，邊算”-它是依賴于實時通信技術(shù)來保證各個運動軸之間的關(guān)系快速切換，實現(xiàn)在線的工藝切換能力。

3.安全技術(shù)

隨著終端用戶以及政府對于人身安全的重視，系統(tǒng)的安全性必須得到重視，這是強制性的，尤其是中國的包裝機(jī)械制造商如果想要進(jìn)入歐洲市場的話，這個是必須去考慮的。

遵循IEC61508定義了整個產(chǎn)品生命周期里的安全技術(shù)，從系統(tǒng)安全的識別、評估、系統(tǒng)設(shè)計、測試、運行、維護(hù)與拆除的整個過程都定義對應(yīng)的方法與標(biāo)準(zhǔn)，包括EN62601，61784等定義了整個安全設(shè)計，以及EN61800-5-2定義的可調(diào)速系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)，即SafeMotion的SLS，SS1，SS2，SBC等的定義。

為此各自動化廠商均推出了具有滿足SIL3和PLe等級的的SafeLOGIC，SafeMotion以及SafetyFieldbus技術(shù)，而值得一提的是B&R推出的openSAFETY技術(shù)，它可以運行在不同的現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)技術(shù)之上，對于最終用戶和機(jī)械制造商而言均可使用，并且它是一項開源技術(shù)（OpenSourceTechnology）

4.OMAC/PackML

OMAC組織由全球知名的包裝用戶如P&G，Netstle，CocaCola及知名的自動化廠商RockwellAB，SIEMENS，B&R等共同組建的國際組織，一直致力于使得包裝機(jī)械具有一致的操作界面，并且具有程序上的公用性模塊化設(shè)計，使得終端生產(chǎn)者如P&G，CocaCola，Netstle等可以在安裝無論哪家廠商的機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)時都可以自如操作，因為所有的操作界面被設(shè)計為統(tǒng)一的，任何人都可以快速的實現(xiàn)對機(jī)器的操作，而即使對于維護(hù)人員而言，軟件的模塊化和開放性也使得他們能夠快速的進(jìn)行程序的修改以及為工藝調(diào)整而進(jìn)行的程序調(diào)整。

PackML定義了機(jī)器的不同狀態(tài)如Starting，Suspended，stopping，aborted等，機(jī)器的運行過程是在這些過程之間的切換和組合，無論機(jī)器的運行多么復(fù)雜，而展示給操作者的是簡單的易于學(xué)習(xí)的畫面。

同時，OMAC也定義了機(jī)器系統(tǒng)的硬件設(shè)計的統(tǒng)一架構(gòu)，包含了基于PC，PLC和驅(qū)動器為控制中心的各種不同的系統(tǒng)設(shè)計。

統(tǒng)一而標(biāo)準(zhǔn)的操作，是包裝機(jī)械的未來發(fā)展需求，而大型的終端用戶的加入必然使得這一趨勢得到實現(xiàn)。

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