Lenze 在全自動裝箱機中的應用

1 設備簡介

據相關機構統計，包括裝箱機在內的全球包裝機械需求，以每年5.3%的速度增長。全球市場上的包裝機械（包括裝箱機）大約有三分之一來自德國，銷量名列全球第一，其次是美國、日本和意大利。我國一些跨國公司和外資企業使用的裝箱機大部分都是從國外進口。有關信息顯示，全球包裝設備的需求已從2004 年的241 億美元增長到2009 年的286 億美元，到2019 年將達到445 億美元的需求規模。其中裝箱機的市場需求潛力巨大。

全自動裝箱機是一種將傳輸帶上雜亂無序的包裝物，按一定的排列方式裝入箱中的一種自動化設備。本項目設備的功能是將傳送帶上間距無序的輸液袋，由同步帶排序后裝盒，再通過兩組XY 機械手進行裝箱，最后通過輸送輥道將箱子傳輸到后續的碼垛設備。設備主要由四部分組成，分別為：進料、裝盒、裝箱、出箱。進料：由變頻器驅動輸送皮帶，將輸液袋裝入盒中。裝盒：由兩臺伺服電機驅動兩組同步帶，將兩組料盒分別安裝在兩條同步帶上，兩條同步帶經過進料、定位和跟隨等功能將輸液袋裝入盒中，并送到抓取位。裝箱：裝箱由兩組XY 機械手組成，由四臺伺服電機組成。抓手采用插補功能將輸液帶平滑的放入箱中，整個抓手具有路徑規劃，平滑的彎曲半徑等功能。出箱：機械手將輸液袋，按層次裝好后，然后由出箱輥道，將成品傳送到堆垛設備，驅動系統采用變頻器進行控制，同時配合接近開關和氣動元件完成箱子的輸送工作。設備參見圖1 全自動裝箱機。

設備單次抓取時間最快可以達到1.85秒- -次，每次抓取4袋，因此可以達到130袋/分鐘。設備控制系統主要采用Lenze新-代運動控制器和伺服控制器組成，電機采用MCS高性能同步伺服

電機，控制網絡采用EtherCAT總線。整個設備具有自動化水平高，裝箱速度快，設備振動小等優點。

2 Lenze 解決方案

2.1 Lenze 主要產品

1. L-force Controller 3231C :該控制器主頻為1.6GHz任務周期最小為1ms并且具有強大的邏輯運算及運動控制功能，其功能和性能遠遠超過一般的PLC。在通信能力方面支持多種通信方式，控制標配有2個USB接口，兩個Ethernet接口（且內部集成了網絡交換機功能） , 1個EtherCAT接口，并可選配2個CANopen或者PROFIBUS master模塊。內置Windows⑧CE操作系統可通過DVI接口直接連接外設顯示器。內置監控軟件VisiWinNET 2005,可直接在運動控制器內進行畫面的監控，通過MP 1000DVI輸出，這樣當觸摸屏損壞時，則不需要重新下載監控程序，只需更換顯示器MP1000 DVI即可。

2. MP1000 DVI:屏幕為TFT 10.4"分辨率為640 x 480并且配有DVI接口可與Controller 3231C直接相連作為觸摸屏顯示。

3. I700:伺服控制器：內置位置，速度和轉矩控制方式，采用多軸設計和簡便安裝技術，伺服采用集中供電模塊進行供電，伺服包括單軸和雙軸模塊，可以靈活組合。采用集成的EtherCAT 總線網絡，具有冷板安裝，推出式散熱，柜內安裝三種安裝方式，功率范圍0.75到15 kW。

4. MCS伺服電機：倫茨伺服電機標配有旋轉變壓器及精度可近似為1024線編碼器。MCS 伺服電機為永磁同步伺服電機，具備極高的動態的響應和過載能力。

2.2 Lenze解決方案

倫茨在全自動裝箱機上有整套的自動化解決方案。在硬件配置方面，首先控制器采用新-代運動控制器3231C作為系統控制核心元件，其次采用MCS高性能同步伺服電機作為設備的執行機構，最后采用EtherCAT總線作為整個系統的通訊網絡。詳見下面圖2系統網絡拓撲圖。

在控制程序方面，倫茨將FAST技術成功應用于運動控制領域，推出了各類標準的控制程序模塊，將枯燥復雜的控制程序整合成一個個功能塊，真正實現了從編寫復雜運動控制程序到簡單實用的功能塊使用的轉換，大大的節約了工程人員的工作量，使編程工作像搭積木-樣簡單、實用。

設備主要應用的FAST模塊有兩個：

1.MagicTrack 功能塊：該功能塊是專為利用同步帶進行自動接料而開發的功能塊，其主要功能是將輸送輥道上的輸液袋，通過兩個同步帶上安裝的盒子，實現自動循環接料，接料完成后，將產品快速的送至機械手的抓取位置。兩條同步帶，自動循環運行，保證輸送帶上的產品都可以進入盒子中。同時功能塊還具有同步帶防撞報警、自動尋零和手動控制等功能。

2.PickAndPlace 功能塊：該功能塊是為各類機械手控制而開發的功能塊，其主要功能是實現機械手的抓取和放下的功能，該功能塊可以實現一條運行軌跡中任意10 點的路徑規劃，每個點都可以獨立的設定速度、加速度、彎曲半徑和暫停的功能。功能塊支持最多4 軸的插補功能，應用于多種形式的機械手，如：門式機器手、帶式機器手、Delta 3、Delta 2、Scara 機械手及關節式機器手。

3 實現的主要功能

1. 自動裝盒：輸液袋在傳輸帶上被輸送過來，在輸送帶出口處安裝光電開關，用于檢測輸液帶到來信號，該信號接入MagicTrack 功能塊中。該功能塊可以實現利用兩條同步帶，進行循環自動接料功能。

2. 抓手控制：當其中一條同步帶上裝滿輸液袋時，將被輸送到抓手位置處，并發送允許抓手動作信號給PickAndPlace 功能塊，XY 機械手則按設定好的平滑曲線將輸液袋放入箱中，軌跡可以靈活設定或者示教獲得，同時也有層數控制，臨時暫停，機械手旋轉等功能。

3. 輥道控制：進箱和出箱則由輥道來控制，由安裝在輥道上的多個光電開關實現箱子的定位和流量控制。

4 Lenze 亮點

1.Lenze 為用戶提供整套的、成熟的、高性價比的電氣自動化解決方案。

2.Lenze 推出的FAST 功能塊，為用戶的設備提供像硬件安裝一樣的軟件系統，省去去了復雜的編程環節，大大縮短了工程師的調試時間。同時，FAST 功能塊不是滿足設備的工藝包，而是具備符合設備工藝的最小單元功能塊，最大化滿足功能的情況下，也為用戶提供了更大的個人發揮空間。

3.同步帶具有運行穩定，強大的防撞控制和智能化尋零控制等功能。

4.機械手具有運行快速精準、軌跡平滑和人性化的示教等功能。

5 展望

隨著我國企業現代化水平的提高，把產品裝箱這樣繁瑣，枯燥的工作逐步由人工向開發高自動化程度的裝箱機轉變，采用高效、自動的裝箱方式，顯著提高了生產效率。設備主要應用于啤酒、飲料、煙草、制藥、糧油、食品加工、日化以及機械、電子行業等領域。Lenze 憑借高品質的自動化產品和專業的技術團隊，為企業用戶打造高性能的，高自動化的裝箱設備。我們提供的程序模塊設計理念，高性價比的自動化產品，智能人性的控制方式，也符合全自動包裝機的未來發展方向。

Lenze 意致遠，行至簡的服務理念，愿與客戶攜手共創未來。