摘要：你是否曾仔細研究過，茶葉是如何裝進那些小包裝袋中的，以及沖泡時，茶葉如何保留在包裝袋內？Teepack 公司自1948年成立至今，專注茶葉自動化包裝設備的研發(fā)和制造。Franz Andel和 Sascha Theine為其旗艦產(chǎn) 品Perfecta 450配備了倍?；?/span>PC的控制技術和驅動技術，樹立了茶葉袋包裝設備速度和精度的新標桿。

文/倍福中國自動化有限公司

  產(chǎn)品名稱已經(jīng)說明了一切：這家位于 Meerbusch 的 茶葉袋包裝和成型充填封口一體機制造商的頂級型號能 夠以極高的精度每分鐘充填、折疊和密封450 個茶葉袋。 “重要的是要記住，絕對速度并不是衡量一切的唯一標 準?！盩eepack 公司自動化技術主管 Franz Andel 強調道。
   對于Franz以及他的同事來說最重要的是，茶葉袋包裝 機無論是在靜止狀態(tài)下，還是在速度發(fā)生變化時，始終能夠 生產(chǎn)出無瑕疵的茶葉包裝袋。這就需要有大量的工藝知識積 累和高精度的自動化技術。
   生產(chǎn)過程本身就會遇到很多棘手問題，再加上茶袋濾 紙還必須盡可能薄，這就更難了。“我們的客戶希望以可持 續(xù)和高效的方式生產(chǎn)，除了要加快設備周期和降低能耗之 外，還要最大限度地減少物料的使用?！盕ranz Andel 在概 述其中一個重要的市場需求時解釋道?！袄?，濾紙越薄， 對各個生產(chǎn)區(qū)域不同的卷筒紙速度導致的張力波動就 越敏 感?！盩eepack公司硬件和軟件開發(fā)負責人 Sascha Theine 補充道。

1  運動控制取代機械凸輪

    新機型通過伺服電機和軟件將主軸切換為電子耦合，因 此速度和精度比上一代機型更高?！耙郧?，我們通過凸輪板 機械連接各道工序?！盕ranz Andel回憶道。
    而Perfect a 450則通過AX8000多軸伺服系統(tǒng)和 AM8000伺服電機以及 TwinCAT NC I實現(xiàn)工序連接?！八?驅動軸都配備倍福技術，實現(xiàn)紙幅張力控制，即使是在動態(tài)

速度變化的 情況下，也可防止濾紙撕裂?！盨ascha Theine 說道。
       例如，以前濾紙輸送與主運動剛性耦合，而現(xiàn)在運動 序列則由兩臺獨立的伺服驅動器控制?！斑@樣，我們不僅能 夠更改茶包的紙張長度，還可以調整其它驅動器相關的速 度?！盕ranz Andel指出。這讓Teepack及其客戶在加工不同 類型的茶葉和材料時擁有更多的選擇。
      Perfecta 450每分鐘最多可生產(chǎn)450個茶包，速度太 快，肉眼已經(jīng)無法看清實際的加工過程：濾紙通過進料裝置 進入，并在定量給料工站下方通過。在這里，茶葉從頂部送入，并通過帶量斗的定量給料工站分配到濾紙上。Teepack 能夠生產(chǎn)出各種不同規(guī)格、材質和形狀的茶袋。“我們發(fā)明 了雙囊袋包裝機。”Franz Andel自豪地說道。

2 更大的接觸面積可釋放出更濃郁的香氣

      與簡單的單囊袋相比，雙囊袋底部呈W形，表面積更 大，可以四面接觸液體，加快茶葉在熱水中的出湯速度，更 好地釋放茶香和茶味。據(jù)專家們的研究，在相同的沖泡時間 內，茶湯的香氣可以提升30%。因此使用相同數(shù)量的茶葉可 以沖泡出更好的茶味，換句話說，用更少的茶葉可以沖泡出 同樣的濃度。
       分裝后，濾紙通過下游工站的機械成型和折疊工藝形成 雙囊袋，棉線也在此處固定在茶袋上并打結?！拔覀兺耆?用金屬釘?！盕ranz Andel 強調道。然后茶袋被排成一排， 放入先前在Perfecta 450中設置并粘好的包裝盒中。這樣不 僅節(jié)省了寶貴的生產(chǎn)空間，而且還提高了工藝可靠性，因為茶袋在密封后才通過輸送帶排出。

       基于軟件實現(xiàn)軸同步也提高了開發(fā)的靈活性，減少了 微調運動序列所需的工作量。過去，這一過程涉及凸輪的計 算、銑削和硬化，通常需要三周時間?！艾F(xiàn)在，運動學專家 只需兩天即可計算出凸輪，并在兩分鐘時間內給出一份表格 并加載到伺服驅動器中?！盨ascha Theine補充道，“這意 味著我們只需等待兩天就能知道運動序列是否合適，以及哪 里還需要重新調整?！?br>     Franz Andel 也指出：“我們能以更快的速度得出結 果，更好地優(yōu)化我們的流程?！倍阅芴嵘?20% 就是優(yōu)化 成果的最好說明。

3 將更多的時間投入到創(chuàng)建應用中

      Perfecta 450是第一代完全采用倍福平臺的設備。 Teepack正在尋找一個能夠提供完整組件產(chǎn)品系列的供應 商：PLC、安全、運動控制，包括工業(yè)PC技術和操作面板。
     Franz Andel闡述道：“在使用倍福之前，我們需要將 60%的時間放在自動化系統(tǒng)上，只有40%的時間能夠關注到 具體的應用?，F(xiàn)在，我們可以將98%的時間投入到應用中。 這也是因為倍福為我們提供了出色的技術支持，甚至在我們 需要時還能提供開發(fā)支持?！?br>此外，必要時，倍福的應用專家團隊還可以在實施和

選擇合適的部件和系統(tǒng)方面提供支持?！白院献髦酰覀?的專家就在所有技術領域為客戶方案的實施和優(yōu)化提供支 持?！北陡Ｃ珊Ｄ贩止窘?jīng)理WilmSchadach解釋道。
       Perfecta 450中的所有應用，包括所有伺服驅動器的控 制和同步、安全和 HMI以及監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫應用， 都在一臺帶多核 CPU（AMD RyzenTM，具有四個內核和 3.35 GHz系統(tǒng)時鐘）的CX2043嵌入式控制器上運行。
     “能夠在不影響實時性的情況下，在運行高要求的 運動控制應用同時運行HMI和數(shù)據(jù)庫，這不是一個簡單 的問題?！盬ilm Schadach強調道。在最高配置中，通 過AX8000多軸伺服系統(tǒng)或通過ELM72xx系列伺服電機端 子模塊控制多達 30臺AM8000伺服電機。安全技術通過 TwinSAFE系統(tǒng)集成式解決方案實現(xiàn)。整個TwinCAT自動化 項目以及HMI可以根據(jù)選定的設備配置靈活地組裝。
“我們在選擇自動化平臺時，最重視的是項目規(guī)劃的靈 活性?！盨ascha Theine強調道。Teepack可以根據(jù)設備的 設置擴展硬件，無需更改控制平臺。緊湊型自動化技術的優(yōu) 勢往往被低估。“控制柜體積是包裝機械的一個大問題，而 我們的生產(chǎn)空間總是不足。”Sascha Theine說道。
      AX8000多軸伺服系統(tǒng)和ELM72xx系列緊湊型驅動模塊 與OCT連接技術相結合，顯著節(jié)省了控制柜內部的安裝空間。WilmSchadach 證實了這些優(yōu)勢?！艾F(xiàn)在，我們90%以 上的驅動器都采用了單電纜技術。”

4 下一個擴展階段的想法

       AMP8000系列集成有伺服放大器的分布式驅動器可望 進一步緩解控制柜內安裝空間不足的問題。自動化技術主管 還看到了基于倍福技術的紙盒成型機的進一步創(chuàng)新潛力。 “XPlanar可以靈活實現(xiàn)豐富多樣的包裝形式?！奔埡锌梢?通過可自由懸浮的動子在膠水噴嘴前靈活移動，例如，可以 涂抹單個膠點。這將顯著簡化上膠工站的機械結構，也可減 少加熱工站的工作量。
      下一代Perfecta還將使用圖像處理系統(tǒng)進行在線質量 控制。“集成到系統(tǒng)中，并通過EtherCAT與設備周期實時 耦合，倍福機器視覺解決方案是一個理想的選擇?！盬ilm Schadach 說道，“尤其是由于該系統(tǒng)不會額外占用控制柜 中的空間?！?br>       TwinCAT Analytics和TwinCAT Scope也是下一個擴展 階段的主要考慮因素之一。該計劃旨在為設備狀態(tài)和關鍵性 能指標收集更多運行數(shù)據(jù)。Franz Andel 正在考慮諸如電機 溫度、電機電流和扭矩等問題：“我們想利用這些關聯(lián)性確 定磨損情況，以便在必要時啟動預測性維護。”