前言：對(duì)于食品加工生產(chǎn)線來說，停機(jī)更換標(biāo)簽卷筒或由于基材撕裂而停車不僅不方便，而且耗費(fèi)成本。因此，CFS公司提出了一個(gè)理念，允許在不中斷機(jī)器運(yùn)行的情況下更換標(biāo)簽卷筒。新型貼標(biāo)機(jī)具有完全模塊化的結(jié)構(gòu)，可以滿足各種應(yīng)用要求，來自貝加萊的多達(dá)16個(gè)ACOPOS伺服電機(jī)以及控制與顯示技術(shù)為其提供了必要的動(dòng)態(tài)特性與貼標(biāo)精度，操作也十分簡便。
“在典型的午餐肉或奶酪加工線上，7.5%至12%的停機(jī)是由貼標(biāo)設(shè)備引起的，”位于德國Wallau的CFS Germany GmbH的標(biāo)簽與印刷產(chǎn)品經(jīng)理Michael Brandt解釋道。其中絕大部分停機(jī)時(shí)間花費(fèi)在更換標(biāo)簽卷筒上面。考慮到高性能包裝機(jī)械的典型速度（標(biāo)簽卷筒每分鐘轉(zhuǎn)8圈，每圈可以貼16個(gè)標(biāo)簽），事實(shí)上一卷5000個(gè)標(biāo)簽的卷筒僅用40分鐘就能用完并不令人驚訝，如果采用熱轉(zhuǎn)印機(jī)，那么就需要花費(fèi)額外停機(jī)時(shí)間用于更換碳帶。如果標(biāo)簽基材特別薄、特別軟或是采用打孔標(biāo)簽，那么傳統(tǒng)機(jī)械就會(huì)面臨一些其它問題，以及為意想不到的基材撕裂而停車。
剝標(biāo)機(jī)與貼標(biāo)單元分離
位于Wallau的CFS競爭力中心的包裝機(jī)械與貼標(biāo)機(jī)專家們通過提出全新的理念來解決這一問題，并將其應(yīng)用到新型貼標(biāo)機(jī)TiroLabelNT中去。這款貼標(biāo)系統(tǒng)是市面上首臺(tái)允許在機(jī)器運(yùn)行時(shí)更換標(biāo)簽卷筒的壓敏貼標(biāo)機(jī)。機(jī)器的創(chuàng)新體現(xiàn)在創(chuàng)建了兩個(gè)獨(dú)立的剝標(biāo)與貼標(biāo)單元，而這兩個(gè)功能在過去是集中在一個(gè)機(jī)器結(jié)構(gòu)中的。可活動(dòng)的貼標(biāo)單元從固定的剝標(biāo)機(jī)上取下標(biāo)簽，然后將它們放置在產(chǎn)品上，最后裝有彈簧的“機(jī)械手”將標(biāo)簽壓緊到產(chǎn)品上。
配備兩個(gè)剝標(biāo)單元的機(jī)器可以允許在不中斷設(shè)備運(yùn)行的情況下更換標(biāo)簽卷筒：為了實(shí)現(xiàn)這一理念，必須以此構(gòu)造機(jī)器并為其設(shè)計(jì)程序，一旦第一臺(tái)剝標(biāo)機(jī)上標(biāo)簽卷筒為空或碳帶用完時(shí)，貼標(biāo)單元就能夠自動(dòng)移動(dòng)到第二臺(tái)剝標(biāo)機(jī)工作。由于在第二臺(tái)剝標(biāo)機(jī)運(yùn)行時(shí)能夠在空剝標(biāo)機(jī)上裝上標(biāo)簽卷筒，因此機(jī)器得以保證連續(xù)運(yùn)行。由于采用了來自貝加萊先進(jìn)的模塊化系統(tǒng)和革命性的驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)，Michael Brandt和他的CFS團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了這一創(chuàng)新。
新型TiroLabelNT貼標(biāo)機(jī)經(jīng)過創(chuàng)新設(shè)計(jì)后，一旦第一個(gè)剝標(biāo)機(jī)上標(biāo)簽卷筒為空時(shí)，貼標(biāo)單元就會(huì)迅速移動(dòng)到第二個(gè)剝標(biāo)機(jī)繼續(xù)工作 – 然后就能在不中斷機(jī)器運(yùn)行的情況下從容地為空剝標(biāo)機(jī)裝上標(biāo)簽卷筒。
靈活配置
由于在每一條生產(chǎn)線上因更換標(biāo)簽卷筒而引起的停機(jī)情況不盡相同，因此CFS提供了多種型號(hào)的TiroLabelNT貼標(biāo)機(jī)。入門級(jí)TiroLabelNT 201擁有一個(gè)剝標(biāo)機(jī)和一個(gè)貼標(biāo)單元；帶兩個(gè)剝標(biāo)機(jī)和一個(gè)貼標(biāo)單元的TiroLabelNT 202每分鐘可以生產(chǎn)120至170個(gè)包裝；高端產(chǎn)品TiroLabelNT 203帶有兩個(gè)剝標(biāo)機(jī)和兩個(gè)貼標(biāo)單元，可以滿足最為苛刻的應(yīng)用要求。
“帶兩個(gè)剝標(biāo)機(jī)的貼標(biāo)設(shè)備相比簡單地減少停機(jī)時(shí)間來說擁有更多用途，”Brandt強(qiáng)調(diào)說。“用戶還可以為產(chǎn)品貼上第二個(gè)促銷標(biāo)簽，諸如‘買1送1’或者‘即刻打折20%以上’，因而節(jié)省了額外的時(shí)間和精力。”如果兩個(gè)剝標(biāo)機(jī)和一個(gè)貼標(biāo)單元不夠用，那么還可以選擇帶兩個(gè)貼標(biāo)單元的貼標(biāo)機(jī)。
貝加萊技術(shù)讓其成真
全新的TiroLabelNT機(jī)器概念只能通過新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)：由于剝標(biāo)機(jī)和貼標(biāo)機(jī)不再是一體的，而且機(jī)器運(yùn)行時(shí)，剝標(biāo)機(jī)需固定于一個(gè)最佳位置以確保實(shí)現(xiàn)特定包裝形式，因此在每一次循環(huán)周期后，貼標(biāo)單元必須返回剝標(biāo)機(jī)。“為了實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)設(shè)備相同的產(chǎn)量，貼標(biāo)單元必須比以往運(yùn)動(dòng)得更快，”Brandt解釋說。“這就是為什么我們的貼標(biāo)機(jī)使用線性電機(jī)的原因，它可以以2g的加速度驅(qū)動(dòng)貼標(biāo)單元。除了提高產(chǎn)量以外，這還是一項(xiàng)絕對(duì)免維護(hù)的技術(shù)，因?yàn)樗恍枰X形皮帶等部件，所以也就避免了不必要的磨損。”電機(jī)是由貝加萊ACOPOS系列智能伺服驅(qū)動(dòng)器控制的。“貝加萊立刻同意著手處理集成線性電機(jī)以及創(chuàng)建相關(guān)的驅(qū)動(dòng)軟件。對(duì)于選擇貝加萊我們深信不疑，我們不僅信任他們的控制與顯示技術(shù) – 如同我們所有設(shè)備所呈現(xiàn)的那樣，而且非常信賴他們的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，”Brandt說道。對(duì)于TiroLabelNT來說，驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛：貼標(biāo)系統(tǒng)總共使用了16個(gè)伺服電機(jī)。
在貼標(biāo)設(shè)備中，16個(gè)貝加萊ACOPOS系列智能伺服驅(qū)動(dòng)器用于控制電機(jī)。該設(shè)備也可以在一個(gè)貼標(biāo)過程中貼兩個(gè)不同的標(biāo)簽。
卷筒驅(qū)動(dòng)取代機(jī)械耦合
剝標(biāo)單元單獨(dú)需要兩個(gè)伺服電機(jī)（或ACOPOS驅(qū)動(dòng)器）：和貼標(biāo)單元一樣，剝標(biāo)單元也必須運(yùn)行得更快，從而避免不必要的延遲。在這里，伺服取代了為標(biāo)簽卷筒放卷的步進(jìn)電機(jī)，過去用于卷筒收卷的機(jī)械耦合也已被伺服電機(jī)所取代。“即使在更高速度下使用更現(xiàn)代的標(biāo)簽基材，伺服系統(tǒng)的扭矩控制也能防止不必要的標(biāo)簽帶松動(dòng)和振動(dòng)。總之系統(tǒng)會(huì)以更為柔和的方式處理材料，”Brandt補(bǔ)充道。
伺服電機(jī)的使用可以防止不必要的標(biāo)簽帶松動(dòng)和振動(dòng)。
對(duì)于CFS選擇的分布式架構(gòu)，貝加萊驅(qū)動(dòng)器能夠給予最佳支持：每個(gè)模塊化剝標(biāo)單元都擁有自己的配電柜，柜中除了驅(qū)動(dòng)器外，I/O模塊也來自貝加萊。“無論是ACOPOS驅(qū)動(dòng)器還是X20 I/O系統(tǒng)都是非常節(jié)省空間的。即使針對(duì)線性電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器也十分小巧，”Brandt興致勃勃地說道。
貼標(biāo)機(jī)的控制功能是由上游包裝機(jī)械（PowerpakNT或PowerpakRT熱成型機(jī)）的控制系統(tǒng)提供的。該控制與顯示方案基于貝加萊工控機(jī)APC620，它已作為標(biāo)準(zhǔn)化組件廣泛地應(yīng)用于CFS的設(shè)備中去。熱成型機(jī)的架構(gòu)已經(jīng)建立，因此在添加貼標(biāo)機(jī)時(shí)，唯一需要做的就是，在POWERLINK網(wǎng)絡(luò)中增加一個(gè)Hub。如有必要，該架構(gòu)甚至可以進(jìn)一步擴(kuò)展至包含更多貼標(biāo)機(jī)，對(duì)于包裝機(jī)械的配電柜則沒有任何變化。
使用MATLAB?/Simulink?進(jìn)行仿真與代碼生成
TiroLabelNT的現(xiàn)代化理念與技術(shù)和CFS工程師們所使用的先進(jìn)開發(fā)工具與過程十分匹配。“很難使用傳統(tǒng)方式開發(fā)像TiroLabelNT這樣的機(jī)器的控制軟件，無論運(yùn)動(dòng)順序還是軟件管理都十分復(fù)雜，”Brandt解釋道。“這就是為什么我們使用MATLAB?/Simulink?開發(fā)機(jī)械結(jié)構(gòu)、過程順序、定時(shí)處理以及生成控制程序的原因。”這確保了，在仿真中實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力同樣可以在現(xiàn)實(shí)情況中完成。該CFS的專家對(duì)于用戶從中獲益方面充滿熱情地說：“操作員可以直接輸入想要的針對(duì)某一包裝形式的標(biāo)簽數(shù)，并獲得即時(shí)的反饋，表明是否可以實(shí)現(xiàn)。如果可以，控制器就會(huì)自動(dòng)設(shè)置所有相關(guān)的參數(shù)。過去機(jī)器在逐漸完成預(yù)期包裝量后停機(jī)的方式已經(jīng)被淘汰了。”由于每個(gè)貼標(biāo)單元為了完成指定數(shù)量的標(biāo)簽都會(huì)以一個(gè)合理的速度工作，因此這也防止了機(jī)械損壞，并提高了貼標(biāo)定位精度。
總之，采用全新貼標(biāo)系統(tǒng)取代傳統(tǒng)貼標(biāo)方案意味著，機(jī)器擁有更高的處理能力，實(shí)現(xiàn)更高的精度，節(jié)省更多的資源與空間。此外，標(biāo)簽卷筒能夠置于安全蓋板外，機(jī)器清洗更容易，卷筒更換也更符合人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)。
