模块化设计为食品包装提供了配方

通过将模块化设计方法与运动控制相结合，食品包装机械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设计中的标准技术，使制造商能够使用每分钟数百单位，并轻松切换到配方的食谱。然而，每个客户都有略微不同的需求，特别是在食品行业。再加上运动控制，模块化设计平台为机器制造商提供工具，允许它们在没有大量投资的情况下修改其设计，而是允许它们快速提供灵活，经济的解决方案。

食品加工行业往往是相当冒险的风险。然而，基于机电轴系的模块化包装平台可以使风险妨碍进入新的包装设计或新功能。在CP包装LLC，为肉类和奶酪制造真空包装机，模块化设计使其能够解决可变客户需求的能力（见图1）。“如果我们的客户想要将功能添加到机器 - 制作不同的包装，请制作不同的包装，为切割或添加标签进行扩展 - 我们可以将机器分开，在那里添加链接，并添加它们的组件，”Dwayne Long，Engineering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改装过程中添加功能。

菊花链接智能驱动器在一起允许设计团队扩展基本平台而不增加控制机箱的大小。“我们运行了一个有六个伺服轴的基础机器，我们可以在没有我们的内阁获得任何更大的情况下运行多达20个，”长。“我们只是继续加入到最后一个驱动器上的电缆的结尾。如果我们添加一个需要另一个伺服轴的组件，它就会基本上拼接到行中;它当然是用插头完成的，但当然是它如何进入那里。“该公司的形式填充密封机可以从20到50英尺处运行，但设计功能只有6毫秒的延迟。为了实现性能，设计利用各种网络技术，包括PROFIBUS，以太网和SERCOS。

模块化还为想要更换包装或改变机器以包装全新产品的客户提供了好处。在一个完美的世界里，这样的转变只需要一个新的人机界面(HMI)。然而，这通常需要对机器本身进行实际的物理改变。Long说:“这可能不是添加一个功能，但为了改变包的大小，你必须改变机器的物理长度，以使索引正确排列。”这种修改通常发生在装载或标记部分。在这里，模块化设计也允许工程团队拼接新组件，以获得所需的性能。

有时，更改是为了适应包装过程本身的更改。例如，日期编码是一种越来越普遍的需求。Winpak Lane公司利用模块化设计，允许客户根据需要集成可选的打印模块。该公司生产硬杯机，可以包装从奶油芝士到蘸酱的所有东西，还有袋机，可以生产小袋调味品(见图2)。为了简化日期编码模块的集成，机器面板被钻出，并为额外的驱动器设置空间。添加在打印模块就像添加另一个伺服驱动器到SERCOS回路一样简单。打印头本身由一个伺服电机驱动的直线执行器组成，它携带尽可能多的喷墨头，以便在指定的时间内完成动作。例如，这种袋袋机可以将18英寸宽的塑料带转换成12个袋，每分钟可运行115次。在这个速度下，胶片只会停顿几毫秒，所以要覆盖整个胶片宽度需要三个头。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，这将减慢过程。“现在，我们可以增加我们能够在不侵占喷墨的加速度的情况下增加线速度，”WinPak销售和营销总监Mark Griffin说。

添加模块目前需要对代码进行适当的修改。最终，该公司计划将其模块化方法扩展到软件和人机界面，这样一旦用户添加了硬件，他们就可以在人机界面中切换软件选项，而无需任何额外的编码。他说:“人机界面会隐藏机器没有的某些功能，然后如果我们稍后添加它们，我们只会让这些项目可见，基本上在程序中启用它们。”

控制架构因机器类型而异。在两个冰箱大小的袋装洗衣机中，集中控制效果很好。硬杯包装机，可以纳入情况包装，是明显较长。曾经，除了专用的运动控制器，包装盒模块还需要自己的可编程逻辑控制器(PLC)来进行杯装和密封操作。如今，该公司利用智能部件和网络，用单个控制器和HMI运行整个机器。他们将电缆路由到包装机上的远程I/O银行，并通过以太网与之通信。格里芬说:“通过在各个地方分发一些物品，我们确实能够减少很多成本和复杂性，并进行控制。”

在最近的机器上，壳体包装机采用三个轴：两个用于拾取杯子的头部的水平和垂直运动，以及用于将纸板介于单个杯子的层之间的垂直运动。该团队将该系统实施为三个独立机电轴。在先前的机器化身中，这将涉及在填充/密封模块上的硬潜入气动控制，以及壳体包装机，增加分量计数，成本和复杂性。“案例包装器将有一个PLC和自己的I / O，杯子机器将给予它'去'信号开始其包装周期，”格里芬说。“我们已经从中走了很长的路，它在输出方面被证明自己。新机器现在，每分钟750杯近750杯，而伺服技术前每分钟500杯。”

最初，客户对伺服电机的转变谨慎，特别是分布式控制，但他们已经欣赏了益处，格里芬说。在低保证金行业，如食品加工，即使是少量停机时间也可以消除大量的利润百分比。运动控制提供了行业需求和模块化设计的灵活性和可靠性。

确认
Dave Kirklen，包装行业业务开发和渠道经理西门子工业公司(Alpharetta，乔治亚州)和Dan Throne，食品，包装和印刷工业部门经理博世Rexroth公司（霍夫曼港，伊利诺伊州）为本文章提供了有用的背景信息。