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為確保網(wǎng)購商品能夠完好無損地送達消費者手中，在運輸過程中，必須保護包裹免受損壞。總部位于威斯康星州阿普爾頓市的 CMD 公司專為快節(jié)奏的電商行業(yè)研發(fā)出一套智能快遞袋生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用倍?？刂萍夹g(shù)，無縫集成生產(chǎn)線上的所有工站：無論是間歇式還是連續(xù)式運行模式，最終形成高度優(yōu)化的工作流程。

CMD 公司深知柔性自動化與結(jié)果可復(fù)現(xiàn)性對于包裝行業(yè)的重要性。為此，這家原始設(shè)備制造商持續(xù)探索創(chuàng)新技術(shù)，并將這些技術(shù)應(yīng)用于高度定制化的塑料轉(zhuǎn)化解決方案賦中，以精準滿足行業(yè)需求，CMD 這一企業(yè)名稱正是“Custom Machinery Design（定制化機械設(shè)備設(shè)計）”的精準詮釋，生動體現(xiàn)了其核心的定制化理念。

公司最近開始為一家電子商務(wù)領(lǐng)域的合同制造商設(shè)計一款新型快遞袋包裝機。CMD 間歇運動產(chǎn)品部產(chǎn)品線經(jīng)理 Scott Fuller 表示，高吞吐量和直觀操作界面是其包裝機設(shè)計的核心訴求?！斑@款新型包裝機速度更快，自動化程度更高，解決了我們終端客戶的痛點問題?！盕uller 說道。終端客戶將為線上零售商定制生產(chǎn)電商商品運輸用塑料袋。客戶的另一個需求是：可適配自動化產(chǎn)品裝載的包裝袋。

01  新一代自動化解決方案

在全新優(yōu)化的薄膜轉(zhuǎn)換工藝中，1400-GEC 機器展開兩卷薄膜，并在這兩卷薄膜上進行套印，并采用連續(xù)縱向熱封。然后，薄膜卷將通過一系列橫向沖壓成型和熱封工序，根據(jù)訂單需求將材料切割成 1 至 5 條獨立的包裝袋通道，并添加易撕口設(shè)計以方便分離。在將成品包裝袋裝箱前，系統(tǒng)會根據(jù)客戶指定的使用規(guī)范，執(zhí)行視覺檢測程序：在包裝袋內(nèi)注入空氣，并測量其形狀輪廓。

這臺機器采用了全新的自動化工藝。它從連續(xù)運動切換為間歇運動，然后在出料階段又回復(fù)為連續(xù)運動，且能夠在每個轉(zhuǎn)換階段同步處理不同的工藝任務(wù)。這使它完全不同于我們以往設(shè)計的任何機型。”

—— Scott Fuller

要實時支持所有這些功能，需要配置具備強大運算能力的控制系統(tǒng)。此外，開發(fā)團隊還面臨著項目周期極為緊張的挑戰(zhàn)。必須在保證項目如期交付的同時，確保最終方案能夠順暢運行，并具有可靠的品質(zhì)保障。

02  功能強大的編程工具

TwinCAT 自動化軟件 是一個端到端的開發(fā)環(huán)境和 Runtime 平臺，實現(xiàn)了從 PLC、運動控制到集成式安全以及物聯(lián)網(wǎng)功能的全面整合。在開發(fā)新型操作界面時，TwinCAT HMI 使 CMD 能夠利用 HTML5、JavaScript 和 CSS 等現(xiàn)代網(wǎng)頁設(shè)計標準進行編程。由此生成的響應(yīng)式界面通過更加直觀的 HMI 設(shè)計提升了用戶體驗。

在基于 TwinCAT 進行設(shè)備控制編程的過程中，CMD 與倍福特別項目組 (SPT) 的軟件專家們展開了密切合作，并從中獲得了顯著的技術(shù)優(yōu)勢。SPT 框架構(gòu)建 ISA-TR88 和 PackML 等行業(yè)標準以及 TwinCAT 中的相關(guān)功能庫基礎(chǔ)之上。該技術(shù)有效簡化了生產(chǎn)線中各個設(shè)備之間的通信編程工作。對開發(fā)人員而言，其優(yōu)勢在于他們不需要為每個新項目重復(fù)造輪子，既能重復(fù)使用現(xiàn)有的代碼，又可快速響應(yīng)新需求進行定制化調(diào)整。

03  產(chǎn)線效能全面躍升

CX2033 嵌入式控制器是整條生產(chǎn)線配備的唯一設(shè)備控制器。雙核 AMD Ryzen? 處理器為倍福 DIN 導(dǎo)軌安裝式控制器提供了強大的算力支撐，并為未來的升級和擴展預(yù)留了空間?！霸谫Y源受限的系統(tǒng)中運行時，HMI 會出現(xiàn)明顯的觸控延遲現(xiàn)象。通過將 HMI 服務(wù)器部署在提供豐富計算資源的 CX2033 上，我們成功實現(xiàn)了觸控面板的極速響應(yīng)操作?！盋MD 公司軟件工程師 Adam Benson 解釋道。

EtherCAT 耦合器 EK1914 通過其數(shù)字量標準接口和安全 I/O，實現(xiàn)了整條產(chǎn)線的通信集成。除了用于標準信號的 EtherCAT 端子模塊外，各站點的 I/O 網(wǎng)段還集成了 TwinSAFE 安全端子模塊。這使得 CMD 能夠便捷地為生產(chǎn)線中各個設(shè)備配置安全功能，例如為每個工具單獨配置急停按鈕。

在 CMD 公司高動態(tài)運動控制應(yīng)用中，EtherCAT 憑借其出色的同步性能，進一步釋放了倍福驅(qū)動解決方案的性能潛力。該設(shè)備配備了 AX8000 多軸伺服系統(tǒng)和 AM8000 伺服電機，實現(xiàn)十四軸聯(lián)動控制。“AX8000 驅(qū)動器在輸出功率與超緊湊設(shè)計之間實現(xiàn)了平衡?！盋MD 電氣工程師 Jason Plutz 說道。“通過采用集成式安全扭矩關(guān)斷功能，我們成功省去了兩個大體積的接觸器，顯著節(jié)省了面板空間?！?/p>

CMD 公司采用 TwinCAT 3 軟件平臺中的凸輪運動控制功能控制快遞袋包裝機上的兩個軸。原先安裝在間歇運動段的開袋器通過凸輪功能被重新定位到下游，效率得到了顯著提升。通過薄膜卷連續(xù)成型工藝的外推法，開袋器可以采用精密凸輪機構(gòu)實現(xiàn)動作時序的精準匹配，確保在最佳時刻完成目標運動。

為未來做好充分準備

通過采用倍福的軟件框架，CMD 公司將代碼復(fù)用率提升至 90%。采用 TwinCAT HMI 后，團隊成功開發(fā)出了具有卓越定制化能力、更直觀的操作界面?！靶掳娌僮鹘缑媾c我們原有的 HMI 界面布局相似，但設(shè)計更加簡潔、更加人性化。”軟件工程師 Adam Benson 說道。

通過 EtherCAT 通信的 CX2033 嵌入式控制器用于控制整臺設(shè)備，顯著加快了 CMD 的設(shè)備生產(chǎn)節(jié)拍。“所有環(huán)節(jié)都能保持統(tǒng)一的高速掃描，這是一項巨大優(yōu)勢。不同速度的工序站點之間完全不需要擔心通信問題，因為整個系統(tǒng)采用的是全局同步更新機制?！盝ason Plutz 解釋道。這使得 CMD 團隊成功實現(xiàn)了每分鐘處理 200 英尺（約 60 米）塑料薄膜的目標吞吐量。這意味著每條產(chǎn)線每分鐘可產(chǎn)出 100 個包裝袋，最終實現(xiàn)了每分鐘 300 至 500 個包裝袋的驚人總產(chǎn)量。

展望未來，CMD 團隊計劃升級至搭載四核 AMD Ryzen? 處理器的 CX2043，以獲得更強大的設(shè)備控制性能。倍福擁有豐富的工業(yè) PC 產(chǎn)品線，具有高可擴展性，支持在不重新設(shè)計的情況下實現(xiàn)性能調(diào)整。