饮料包装行业对自动化系统的需求
2014-12-09 11:47:12.0 来源：中国包装机械网 责编：顾颖莹
- 摘要：
- 据统计，中国饮料的年产量基本呈逐年增长的趋势，保持在两位数的百分比增长率，约10％——20％，平均每年的总产量已接近3000万吨，是食品工业中发展速度最快的行业之一。随着行业竞争越来越激烈，产品逐渐细化和细分，饮料包装行业对包装设备提出了更高的要求。
【CPP114】讯：据统计，中国饮料的年产量基本呈逐年增长的趋势，保持在两位数的百分比增长率，约10％——20％，平均每年的总产量已接近3000万吨，是食品工业中发展速度最快的行业之一。随着行业竞争越来越激烈，产品逐渐细化和细分，饮料包装行业对包装设备提出了更高的要求。
1.联线生产的需求
联线生产是将原来的各个分立的单元进行组合为一个连续的生产过程，取消了物料在生产过程中的搬运、在线储存等环节，降低在线物流和取消中间物流环节从而大大提高效率。
在2010年的Chinabrew上KRONES-这一全球最知名的灌装线整体方案提供商展出了他们的一体化机器，将吹瓶、清洗、在线检测、灌装、压盖、贴标、热膜包装、堆垛、装箱整个构成一条生产线，这样，饮料制造商就可以在最为高速的情况下生产，因为取消了整个生产的中间环节的周转时间，使得整厂效率大幅度提升。另外，整个生产过程在严格的管理系统监控之下，数据可以被集成在一个大的整厂架构下，以便能够实现对整个生产过程中的品质数据、能耗数据等进行实时分析和进行工艺改善和质量追溯，这一切都能使得整个生产系统效率得到大幅度的提升。
而在瓦楞纸展上我们也看到国内的制造商开发出从瓦楞纸板的开槽印刷、模切、糊盒、码垛一体化的机器，这些都将整个生产过程效率得到大幅度的提升，包括预印的柔版技术，也能将面纸与瓦楞线进行集成，使得，瓦楞纸板直接就可以进行裁切使用，而无需经后道的印刷即可，不仅提高了效率，而且也提高了品质，因为预印技术能够更好的保持瓦楞面的强度。
联线生产对于自动化的要求在以下几个方面：
1）.开放而灵活的接口设计：一个开放的系统才能连接到各个传感器、仪器仪表、安全系统、这不仅包括了设备的之间的互联，也包括了与上位的ERP/MES，CIMS等系统的互联能力，包括开放的接口如OPCServer，与数据库的连接等。
2.）灵活的硬件设计-首先要有完整的产品线来满足各种控制系统的产品，如B&R的GMC就包含了针对同步伺服、异步伺服、直流、步进、液压等的控制，同时也包含了机器人和CNC库的支持能力。
2.更为柔性的生产：快速工艺切换
由于包装对象的巨大变化能力，对于生产系统的柔性提出了巨大的挑战，一方面，工艺要快速切换，另一方面，无需为一个新的生产设计新的机器，这就体现在生产系统的适应范围上，而生产系统的柔性不仅体现在生产工厂的组织、流程的优化，在执行面上，由自动化系统提供的则是快速的工艺切换，以及带来的生产范围的扩展。在这个方面，运动控制技术带来的贡献颇为巨大，运动控制如何改变了生产系统的柔性呢?我们从几个例子可以看到：
2.1裁切：最为常见的包装动作是热封动作，无论在卧式还是立式的食品包装机械里都存在这个单元，而裁切动作变化的是尺寸和压力，而这些最容易在运动控制上来实现，因为只需要一个裁切尺寸和压力的扭矩输出值的变化就可以实现这一点，而原有的系统则需要根据参数的变化进行机械的调整。
2.2灌装：系统可以根据瓶子的容量需求自动调整灌装过程，根据不同的饮料例如碳酸饮料、啤酒、水修改各阀的动作逻辑，这些对于自动化系统而言都是非常简便的。
对于控制技术而言，例如，B&R的运动控制ACOPOS可实现电子凸轮的在线切换，可以“边运动，边算”-它是依赖于实时通信技术来保证各个运动轴之间的关系快速切换，实现在线的工艺切换能力。
3.安全技术
随着终端用户以及政府对于人身安全的重视，系统的安全性必须得到重视，这是强制性的，尤其是中国的包装机械制造商如果想要进入欧洲市场的话，这个是必须去考虑的。
遵循IEC61508定义了整个产品生命周期里的安全技术，从系统安全的识别、评估、系统设计、测试、运行、维护与拆除的整个过程都定义对应的方法与标准，包括EN62601，61784等定义了整个安全设计，以及EN61800-5-2定义的可调速系统的安全标准，即SafeMotion的SLS，SS1，SS2，SBC等的定义。
为此各自动化厂商均推出了具有满足SIL3和PLe等级的的SafeLOGIC，SafeMotion以及SafetyFieldbus技术，而值得一提的是B&R推出的openSAFETY技术，它可以运行在不同的现场总线和以太网技术之上，对于最终用户和机械制造商而言均可使用，并且它是一项开源技术（OpenSourceTechnology）
4.OMAC/PackML
OMAC组织由全球知名的包装用户如P&G，Netstle，CocaCola及知名的自动化厂商RockwellAB，SIEMENS，B&R等共同组建的国际组织，一直致力于使得包装机械具有一致的操作界面，并且具有程序上的公用性模块化设计，使得终端生产者如P&G，CocaCola，Netstle等可以在安装无论哪家厂商的机械系统和电气系统时都可以自如操作，因为所有的操作界面被设计为统一的，任何人都可以快速的实现对机器的操作，而即使对于维护人员而言，软件的模块化和开放性也使得他们能够快速的进行程序的修改以及为工艺调整而进行的程序调整。
PackML定义了机器的不同状态如Starting，Suspended，stopping，aborted等，机器的运行过程是在这些过程之间的切换和组合，无论机器的运行多么复杂，而展示给操作者的是简单的易于学习的画面。
同时，OMAC也定义了机器系统的硬件设计的统一架构，包含了基于PC，PLC和驱动器为控制中心的各种不同的系统设计。
统一而标准的操作，是包装机械的未来发展需求，而大型的终端用户的加入必然使得这一趋势得到实现。
1.联线生产的需求
联线生产是将原来的各个分立的单元进行组合为一个连续的生产过程，取消了物料在生产过程中的搬运、在线储存等环节，降低在线物流和取消中间物流环节从而大大提高效率。
在2010年的Chinabrew上KRONES-这一全球最知名的灌装线整体方案提供商展出了他们的一体化机器，将吹瓶、清洗、在线检测、灌装、压盖、贴标、热膜包装、堆垛、装箱整个构成一条生产线，这样，饮料制造商就可以在最为高速的情况下生产，因为取消了整个生产的中间环节的周转时间，使得整厂效率大幅度提升。另外，整个生产过程在严格的管理系统监控之下，数据可以被集成在一个大的整厂架构下，以便能够实现对整个生产过程中的品质数据、能耗数据等进行实时分析和进行工艺改善和质量追溯，这一切都能使得整个生产系统效率得到大幅度的提升。
而在瓦楞纸展上我们也看到国内的制造商开发出从瓦楞纸板的开槽印刷、模切、糊盒、码垛一体化的机器，这些都将整个生产过程效率得到大幅度的提升，包括预印的柔版技术，也能将面纸与瓦楞线进行集成，使得，瓦楞纸板直接就可以进行裁切使用，而无需经后道的印刷即可，不仅提高了效率，而且也提高了品质，因为预印技术能够更好的保持瓦楞面的强度。
联线生产对于自动化的要求在以下几个方面：
1）.开放而灵活的接口设计：一个开放的系统才能连接到各个传感器、仪器仪表、安全系统、这不仅包括了设备的之间的互联，也包括了与上位的ERP/MES，CIMS等系统的互联能力，包括开放的接口如OPCServer，与数据库的连接等。
2.）灵活的硬件设计-首先要有完整的产品线来满足各种控制系统的产品，如B&R的GMC就包含了针对同步伺服、异步伺服、直流、步进、液压等的控制，同时也包含了机器人和CNC库的支持能力。
2.更为柔性的生产：快速工艺切换
由于包装对象的巨大变化能力，对于生产系统的柔性提出了巨大的挑战，一方面，工艺要快速切换，另一方面，无需为一个新的生产设计新的机器，这就体现在生产系统的适应范围上，而生产系统的柔性不仅体现在生产工厂的组织、流程的优化，在执行面上，由自动化系统提供的则是快速的工艺切换，以及带来的生产范围的扩展。在这个方面，运动控制技术带来的贡献颇为巨大，运动控制如何改变了生产系统的柔性呢?我们从几个例子可以看到：
2.1裁切：最为常见的包装动作是热封动作，无论在卧式还是立式的食品包装机械里都存在这个单元，而裁切动作变化的是尺寸和压力，而这些最容易在运动控制上来实现，因为只需要一个裁切尺寸和压力的扭矩输出值的变化就可以实现这一点，而原有的系统则需要根据参数的变化进行机械的调整。
2.2灌装：系统可以根据瓶子的容量需求自动调整灌装过程，根据不同的饮料例如碳酸饮料、啤酒、水修改各阀的动作逻辑，这些对于自动化系统而言都是非常简便的。
对于控制技术而言，例如，B&R的运动控制ACOPOS可实现电子凸轮的在线切换，可以“边运动，边算”-它是依赖于实时通信技术来保证各个运动轴之间的关系快速切换，实现在线的工艺切换能力。
3.安全技术
随着终端用户以及政府对于人身安全的重视，系统的安全性必须得到重视，这是强制性的，尤其是中国的包装机械制造商如果想要进入欧洲市场的话，这个是必须去考虑的。
遵循IEC61508定义了整个产品生命周期里的安全技术，从系统安全的识别、评估、系统设计、测试、运行、维护与拆除的整个过程都定义对应的方法与标准，包括EN62601，61784等定义了整个安全设计，以及EN61800-5-2定义的可调速系统的安全标准，即SafeMotion的SLS，SS1，SS2，SBC等的定义。
为此各自动化厂商均推出了具有满足SIL3和PLe等级的的SafeLOGIC，SafeMotion以及SafetyFieldbus技术，而值得一提的是B&R推出的openSAFETY技术，它可以运行在不同的现场总线和以太网技术之上，对于最终用户和机械制造商而言均可使用，并且它是一项开源技术（OpenSourceTechnology）
4.OMAC/PackML
OMAC组织由全球知名的包装用户如P&G，Netstle，CocaCola及知名的自动化厂商RockwellAB，SIEMENS，B&R等共同组建的国际组织，一直致力于使得包装机械具有一致的操作界面，并且具有程序上的公用性模块化设计，使得终端生产者如P&G，CocaCola，Netstle等可以在安装无论哪家厂商的机械系统和电气系统时都可以自如操作，因为所有的操作界面被设计为统一的，任何人都可以快速的实现对机器的操作，而即使对于维护人员而言，软件的模块化和开放性也使得他们能够快速的进行程序的修改以及为工艺调整而进行的程序调整。
PackML定义了机器的不同状态如Starting，Suspended，stopping，aborted等，机器的运行过程是在这些过程之间的切换和组合，无论机器的运行多么复杂，而展示给操作者的是简单的易于学习的画面。
同时，OMAC也定义了机器系统的硬件设计的统一架构，包含了基于PC，PLC和驱动器为控制中心的各种不同的系统设计。
统一而标准的操作，是包装机械的未来发展需求，而大型的终端用户的加入必然使得这一趋势得到实现。
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