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啤酒饮料包装——贝加莱何以称雄?

时间:2020-10-12来源:贝加莱工业自动化

导语:阀岛控制专为吹瓶与灌装阀的控制,可以由总线连接,直接通过简单的架构实现最为简便的系统架构,节省接线,编程更为方便,也是贝加莱在啤酒饮料灌装领域的一大利器。

  啤酒与饮料工业的挑战

  啤酒与饮料的历史悠久,与我们生活紧密相关,也是一个充分竞争的市场。对于生产企业来说,由于充分竞争导致价格极低,利润摊薄,而又因为产能极大,因此,对于生产企业来说,必须在材料、时间、人工、机器利用率等每个环节锱铢必较,否则将陷入亏损,这是一个对自动化要求极高的市场,在整个机械装备领域,啤酒与饮料最能考验自动化系统的实力。

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图1-工厂的OEE、TCO和预测性维护需求

  OEE是盈利的保障

  这是一个关键指标,如果用通俗的话来理解,OEE就可以理解为产线能够为企业盈利的指标,图2为OEE的构成,对于引发OEE的各个因素,都会导致成本的上升,对应的都是盈利能力。

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图2-OEE是考量产线运营的关键指标

  👉产线必须稳态运行,并能够降低开机浪费;

  👉缩短生产等待时间、减速造成的性能浪费;

  👉设备故障、工艺设置与切换中的可用性浪费;

  TCO—总拥有成本

  啤酒与饮料这种行业的投资,必然是一个长期运营的项目,因此,对于产线设备的总拥有成本尤其看重:

  👉材料消耗:巨大产能让每1g的材料浪费都会累积出巨大的成本,必须高精度控制如瓶子的壁厚;

  👉能源消耗:每一瓶水分摊的电能、蒸汽、压缩气体等消耗;

  👉人工消耗:高度自动化降低产线人工消耗;

  👉学习成本:简单的操作,让操作人员学习成本降低;

  👉维护成本:机械磨损、电气故障等不仅增加维护成本,也增加不良品率带来的成本。

  👉设备残值:当设备运行10年后,它还保值吗?

  采购成本并非唯一的考量,面对长周期的投资来说,TCO更有意义的评价指标。

  全面预测性维护

  预测性维护在轴承、齿轮、电气传动等关键部件的健康状态预测非常关键,这对于产线的影响表现在几个方面:

  👉延长维护间隔时间:让设备所需的维护间隔更长,让其处于长期稳定生产,是盈利的基础;

  👉寿命:从固定资产分摊角度,若寿命超出预期则意味着纯投资回报;

  👉降低非计划停机浪费

  啤酒与饮料机器具有鲜明的特征:

  ▪速度极高,灌装速度可以达到108,000瓶/小时,乃至更高;

  ▪响应速度,一个吹瓶或灌装整个过程在100mS级完成;

  ▪设备紧凑,吹瓶/灌装/旋盖都是数十个工站安装于一个生产单元中;

  ▪吹灌旋连线生产,OEE要求高;

  ▪接线少,滑环连接需求等;

  ▪掉电停车功能;

  柔性与智能是必需

  对于很多产业来说,设备集成与数据分析是今天才开始流行的事情,而对于啤酒与饮料而言,这已经是成熟的技术,生产的MES/ERP集成、过程、批控制与离散包装集成,对于其它行业来说,才开始,而对于啤酒饮料包装来说,更为柔性、智能的生产已经成为必需。

  贝加莱-啤酒饮料包装专家

  最严苛的用户练就卓越的方案能力

  在啤酒与饮料工业,要成为广泛获得认可的方案提供商,需要在行业长期的耕耘。顶级用户,通常对行业有着深刻的理解,并且往往提出最为苛刻的需求,以使得自己在产业中保持持续的领先,而因此对贝加莱这样的合作伙伴而言,意味着按需设计所需的软硬件产品、灵活的系统架构设计、工程测试与验证,以及培养行业专家。通过数十年积累,形成了今天贝加莱在全球啤酒与饮料装备领域的深厚功底和客户信任。

  软硬件产品—满足行业特殊需求

  集成控制、显示、操作于一体的面板

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图3-满足啤酒饮料工业要求的一体化面板

  图3是满足行业需求的一体化面板,具有以下特点:

  ▪高性能处理—实时任务与Wndows任务融合

  ▪单电缆-信号、控制、通信于一体;

  ▪IP69K防护等级—可防止水冲洗;

  ▪不锈钢设计—符合卫生级要求;

  ▪摇臂安装—自上而下或自下而上;

  ▪多点触摸-防误操作设计;

  在整个机器的设计中,该款面板既可以作为整机的操作单元,也可以通过统一的电缆连接到一台工业PC,然后多个面板操作,一个控制单元,或者多个控制的多种组合形式。

  在图4是贝加莱的ACOPOSmotor,它将伺服驱动电机集成于一体,在啤酒与饮料的吹瓶单元、旋盖、贴标单元大量应用,因为它满足这些环境的特殊需求:

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图4-贝加莱ACOPOSmotor与ACOPOSremote高防护等级伺服系统

  ACOPOSmotor电机驱动一体化设计

  ▪紧凑安装;

  ▪单电缆技术—接线简单;

  ▪mappMotion—编程简便;

  ▪内置色标功能—贴标应用;

  ▪POWERLINK—高速响应;

  ▪IP65高防护等级-可承受冲洗;

  ▪高阶运动控制曲线—机械冲击小,寿命长;

  ACOPOSremote同样是高防护等级的逆变器,和ACOPOSmotor一样分布式部署,可以连接各种电机,或直线电机。

  吹瓶单元

  由瓶胚注塑机预先制作的瓶胚,经过理胚单元、输送、加热、到去胚轮,进入吹瓶模具,经过拉伸杆进入,并进行预吹、低压吹、高压吹、冷却排气的过程,快速完成一个瓶子吹制,拉伸杆提升,开模,就生成一个瓶子,而这个复杂过程仅在100多mS内即需要完成。

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图5-吹瓶单元流程

  由贝加莱的ACOPOSmotor控制的伺服拉伸,可以为吹瓶提供高速的动作过程控制,精准而高速,在更为高速,如72000瓶/时以上的吹制中,考虑丝杠的机械磨损,采用直线电机,如图6,则是由ACOPOSremote来控制第三方电机来实现伺服拉伸动作。

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图6-基于ACOPOSremote控制直线电机用于吹瓶伺服拉伸

  灌装控制单元方案

  在啤酒与饮料产品的灌装中,各种液体的粘度、密度、含气与否、容积大小,都会对灌装所需的控制过程,包括阀的动作、灌装曲线造成变化的影响,而每个灌装头,对应多个灌装阀的开关动作,包括如图7的系列动作,吹扫、等压、灌装(粗灌、精灌过程)、回气泄压等过程,这些同样仅需要在数十毫秒内完成。

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图7-灌装单元流程简图

  在灌装单元,贝加莱的阀岛控制器、reACTION技术都是这些高速任务的有力支撑。

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图8-贝加莱针对灌装控制的技术

  阀岛控制器

  阀岛控制专为吹瓶与灌装阀的控制,可以由总线连接,直接通过简单的架构实现最为简便的系统架构,节省接线,编程更为方便,也是贝加莱在啤酒饮料灌装领域的一大利器。如图8所示,采用阀岛控制器可以节省大量接线,采用CANopen、POWERLINK、PROFINET等总线可以与第三方阀岛进行连接。

  伺服旋盖单元

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图9-旋盖单元

  除了像啤酒、汽水类的压盖,大部分都采用旋盖的方式,在这里ACOPOSmotor为每个瓶子提供旋盖,这里的核心要点在于“精准与快速”的平衡,整个贝加莱ACOPOS家族的每个产品都具有强大的控制能力,在速度环与扭矩环之间快速切换,能够在高速旋盖同时又可以确保精准的力量控制。

基于PLC open的标准封装的运动控制模块.jpg

图10-基于PLC open的标准封装的运动控制模块

  在mappMotion中,专门有针对这样的速度与扭矩环切换的功能,让其又快又准。

  贴标单元

  每种不同的酒或饮料都会需要贴标,而为了与高速产线匹配,大量的圆盘贴标通过高速的贴标,将不同的标签高速贴上,啤酒会有多个标站提供标签,这些都需要精准而又高速的控制。

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图11-贴标机伺服旋转单元

  采用ACOPOSmotor构成的多轴同步系统,如图12所示,可以为每个瓶子提供旋转,以提升整体贴标效率。

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图12-采用ACOPOSmotor的贴标单元控制系统

  热膜包装单元

  在前面处理完成后,经济型饮料会采用膜包进行封装,便于携带,或纸包,高级的啤酒或饮料一般用纸箱包装的方式,这就是大家在超市里看到的饮料的常用包装方式。

  贝加莱的模包控制方案在中国也有长达20年的经验了,基本上已经在该领域成为标准,早期由ACOPOS伺服驱动系统,后来升级到ACOPOSmulti,或者集成度更高的ACOPOSP3,通常伺服轴从4-15个不等。

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图13-热膜包装基本原理图

  OMAC/PackML

  OMAC/PackML为来自不同厂商的机器提供了一个统一的UI设计、编程标准、通信交互规约,使得遵循该规范的设备可以实现数据的全厂协同,对于MES系统与机器之间、质量数据、OEE统计实现统一的连接。

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图14-通过PackML实现整线的集成

  PackML

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图15-PackML的统一UI设计

  在贝加莱的OPCUA规约行业规范中支持OMAC/PackML,在mapp的软件中也支持PackML的编程,以及基于Web的配置,在APROL平台中也对PackML进行了支持,以便工厂的数据可以以相同的规约汇集。

  总结

  一表总结贝加莱啤酒与饮料工业解决方案匹配度

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  从这张表中,我们可以将终端生产企业的需求、机器的需求与贝加莱的解决方案进行匹配,无论在哪个视角,贝加莱都非常了解并提供了所需的软件、硬件产品技术。

  当然,方案少不了贝加莱深通行业的机电工程师的努力,因为,只有硬件、软件与专家,才能构成整个方案。

标签: 自动化PLC电机

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