利乐公司所生产的牛奶、果汁等多种饮品的经典纸盒包装，几乎已经为我们所有人所熟知。尽管这些纸盒在运输及日常使用中展现出了极高的效率与耐用性，但它们的制造过程却对生产技术提出了极为严苛的要求。利乐公司位于意大利摩德纳的研发与技术专家团队，在为其纸盒包装开发的新一代加盖机中，创新性地融入了倍福的 XTS 磁驱柔性输送系统，成功达成了高质量、高产量以及高工艺灵活性这三大核心目标。系统取得了巨大成功，利乐的试点客户对其可靠性、高性能和灵活性赞誉有加，亲切地称之为“魔法机”。

　　利乐是全球领先的食品加工和包装解决方案提供商,公司秉承与客户及供应商紧密合作的宗旨，致力于每日为全球超过 160 个国家的数亿人口提供安全、富含营养的食品，同时竭力将对环境的影响降至最低水平。在摩德纳工厂，利乐团队凭借利乐®超高速 CAP40 型加盖机成功达成了这一目标。该解决方案能能够根据实际需求，每小时能完成 25,000 包饮料纸盒的加盖任务。利乐公司产品负责人 Gianmarco Di Eusebio 解释道：“在新产品开发的每一个环节，我们都坚定不移地认为，认真倾听并深入理解客户的意见是至关重要的。鉴于这一点，我们迫切需要一台更加灵活、占地面积更小且系统产能更高的设备。目前采用的一次用量包装解决方案每小时仅能处理 9000 件产品，若要达到每小时 25,000 件的处理需求，就意味着需要安装三台设备，且每台设备都需要配备完整的送料系统等辅助设备，同时，还需要腾出足够的空间来安置这些设备。”他补充道，这台新设备面临着非常严苛的要求：一方面，它必须实现极高的处理速度；另一方面，盖体的复杂 3D 几何形状对涂胶作业的质量标准提出了极高的挑战。

　　利乐公司技术专家 Fabio Bassissi

　　XTS 动子可以作为独立的伺服轴进行控制，从而极大地简化和加速了新产品格式的引入，并且能够充分利用软件的灵活性。此外，结合用于涂胶监测的视觉系统，我们还能够极为高效地补偿任何机械公差。

　　基于 PC 的解决方案打破

　　既有局限性并显著提升数据透明度

　　利乐公司决定采用倍福基于 PC 的控制技术，主要基于对其出色计算能力的深刻考量，这无疑是促成这一选择的决定性因素之一。利乐公司创新与分析生产线解决方案总监 Paolo Scarabelli 强调了这一点的一个重要方面：“我们的客户对于高度数字化且互联互通的系统的需求正不断攀升。倍福基于 PC 的控制技术为实现这些目标提供了理想的基础。在利乐®超高速 CAP40 型加盖机上，我们凭借先进的数字化技术，成功打破了数字组件与机械部件之间的传统界限。在我们这个具体案例中，这意味着我们能够更全面地实现更多设备功能的数字化控制，从而确保提升系统运行的可靠性。”

　　倍福基于 PC 的控制技术为实现这些目标提供了理想的基础。XTS 还使得原本依赖机械手段完成的工作能够轻松地被先进的软件功能所替代，这标志着我们在构建数字化机器方面又迈出了坚实的一步。

　　—— 利乐公司创新与分析生产线解决方案总监

　　Paolo Scarabelli

　　总体而言，更高水平的数字化极大地提升了数据的透明度，这不仅显著加速了产品更换的流程，还切实提高了产品质量。如果视觉检测系统检测到涂胶位置偏离了预定位置，软件将在系统运行中即时进行自适应调整，通过调整双层动子中与之相链接的动子凸轮表修正位置，以确保涂胶位置精准无误。Fabio Bassissi 继续说道：“我们还采用了先进的设备健康监测系统，以全面检查设备的运行状态。所有这些因素对于确保产品质量及其最终成功都起着至关重要的作用。最终，饮料容器必须达到密封可靠且无任何泄漏的标准，方可被允许发送给终端客户。”

　　利乐®超高速 CAP40 型加盖机中还配备了多台倍福 PS3031 电源

　　实现高精度复杂运动序列的可靠控制

　　利乐®超高速 CAP40 型加盖机关联的轴数量极为庞大，实轴数量超过 120 个，并配有 10 个虚拟主轴，充分彰显了其运动控制过程的高度复杂性。其中的大部分轴都用于配置两条并行的 XTS 系统，系统每条轨道长 4.5 米，并配备 55 个动子。此外，系统还配备了约 10 个旋转伺服轴，专门用于包装输送、热熔胶涂胶等任务。

　　两台并行运行的 XTS 磁驱柔性输送系统能够以极高的速度和精度将塑料盖精确贴合到包装盒上，这一过程中还得到了由 AM8000 伺服电机驱动的其它运动轴的辅助（如上图所示）

　　为了确保盖体能够精准地依据其三维几何形状进行粘合，必须精确同步控制 XTS 动子的运动以及 X、Y、Z 方向上的各类旋转运动。此处的独特之处在于，每对动子都通过专门的工具结构相互连接，但它们却能在两个平行安装的 XTS 单元上独立且协调地运行。无论动子是在单个系统上排列成一行，还是分布在两个不同的系统上，控制软件都能充分利用其灵活性，确保所有动子始终保持完全同步的运动状态。据利乐公司包装线嵌入式自动化部门总监 Stefano Flore 介绍，XTS 凭借其模块化设计和出色的软件功能，往往能够实现极高的灵活性。例如，XTS 系统的轨道长度及动子数量可根据具体需求调整，因此在开发产量更高或更低的设备型号时，几乎不会增加额外的工作量。此外，更换不同的包装格式以适应各种填充量、包装顶部形状或盖体等需求，变得异常简便快捷。我们只需在软件中设定耦合动子间距及两个 XTS 系统的运动参数的新值即可。

　　Stefano Flore 还特别强调，XTS 动子所具备的独立控制能力远远超出了单纯的产品输送范畴：“当盖体被动子上对应的固定支架拾起后，最多六个同步动子组成一个作业批次，协同进行轮廓涂胶。为此，盖体支架会通过机械耦合的方式，与并行运行的 XTS 系统的相关动子一起，在 X 轴和 Y 轴上移动。在这个过程中，系统会自动补偿任何可能存在的公差，例如热熔胶枪喷嘴所产生的公差。然后，将盖体贴合于包装盒，并通过图像处理技术严格监测整个过程。XTS 还会利用动子中精确控制的横向力来维持恰当的接触压力，从而确保涂胶过程的精准无误。”这种力源自两个相互耦合的龙门式动子之间精确的相互作用。XTS 相较于机械系统的另一大显著优势在于，它能够在软件中集中获取和处理海量信息。这样不仅能迅速定位系统参数的偏差，还能通过采取相应措施来彻底规避这些偏差。关于故障问题，Gianmarco Di Eusebio 补充道：“该系统的平均无故障工作时间（MTBF） 实现了超过一倍的增长。”

　　在 XTS 系统的上部区域，塑料盖体被均匀地涂抹上了胶水，随后，在系统的下部区域，塑料盖体以肉眼几乎难以辨识的超高速度被精准无误地粘贴到包装盒上

　　控制技术确保了持续的高性能表现

　　利乐之所以选择倍福的控制技术，是因为所有与系统紧密相关的组件都可以一站式获取，从而确保了集成过程的无缝对接与高效运行。设备控制系统的核心组件是两台 C6032 超紧凑型工业 PC ，它们用于运行 HMI 应用程序、两个 XTS 系统、基于 TwinCAT NC PTP 的运动控制以及 TwinCAT PLC。此外，单个控制单元还具备将多种功能（如设备仿真等）进行组合的能力。此外，所选的硬件平台为日后扩展更多功能预留了广阔的空间和潜力。更为关键的是，倍福的产品种类极为丰富，能够精准满足用户在计算能力、内存扩展以及外形规格等多个方面的需求，从而确保系统能够灵活适应未来的发展趋势与需求。

　　利乐公司强大的专家团队（从左至右）：Davide Borghi、Paolo Scarabelli、Francesco Venturi、Stefano Flore、Andrej Burieta、Stefano Mittarelli、Pierluigi Canalini、Paolo Goldoni、Andrea Lestini、Elena Sachetti 和 Gianmarco Di Eusebio 以及倍福大客户经理 Alexander Mönchmeier（左）在利乐®超高速 CAP40 型加盖机前

　　在谈及 TwinCAT 软件的应用体验时，Paolo Scarabelli 表示：“TwinCAT 能够充分发掘并释放基于 PC 的控制技术的全部潜能，包括支持面向对象的语言在内的多种编程语言、与 Visual Studio 的无缝集成、全面的网络配置选项，以及出色的多核处理能力。此外，该软件结构清晰，其良好的开放性不仅让我们能够充分利用倍福提供的软件库资源，还能轻松实现自有库的无缝集成，从而打造出贴合特定设备需求的定制化状态监测系统。我们在开发过程中广泛采用 TwinCAT Scope 进行深入的分析工作。总体而言，TwinCAT 为我们提供了极为全面的支持，尤其是在实现我们标准化软件开发目标的过程中。”

　　基于 PC 的控制技术凭借其开放性和灵活性，在整个领域中都发挥着重要作用，他进一步补充道：强大且开放的 EtherCAT 通信系统为各类应用提供了理想支持，它能够无缝集成 I/O 端子模块网段、安全功能以及驱动组件。Stefano Flore 表示：“AX8000 凭借其极高的动态性能和精确的运动控制能力，展现出了显著的优势。另外，它采用了模块化设计，外形小巧且应用灵活多变，当有需要时，能够轻松添加更多轴。AM8000 伺服电机在电机类型、功率、绕组类型等方面都可以定制配置，为达成上述目标提供了有力支持。”

　　设备中的 AM8000 伺服电机通过 AX8000 多轴伺服系统控制

　　提供全方位支持，未来潜力无限

　　利乐公司高级设备分析经理 Davide Borghi 认为，在面对要求如此严苛的应用时，自动化合作伙伴所提供的支持同样起着至关重要的作用：“在修改设备方案时，技术支持的作用尤为重要。对于利乐®超高速 CAP40 型加盖机而言，从可行性测试阶段伊始，这一点就显得至关重要，尤其对于配备 XTS 系统及其大量功能的应用场景来说，更是具有特别的意义。在任何情况下，所提供的技术支持都无可挑剔，无论是与倍福意大利公司和德国专家的现场合作，还是与各层级管理人员的协作配合，都表现出色。”

　　双方之间的紧密合作关系将在未来得到进一步的深化，因为 Stefano Flore 仍然坚信，在利乐®设备中采用基于 PC 的控制技术蕴含着巨大的发展潜力：“我们认为，无电缆技术（NCT）是 XTS 系统的一项极具前景的进一步升级发展。我们已经着手测试 XPlanar 技术为多种应用场景所带来的各种可能性。我们还看到了 MX-System 无控制柜解决方案以及 TwinCAT Runtime for Linux®极具吸引力的优势。我们拥有巨大的潜力，能够像在这个案例中的试点客户所体验的那样，给用户带去惊喜，为他们精心打造出一台充满魔力的‘魔法机’。”

　　关于德国倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家专注于自动化新技术的德资企业，创立于 1980 年，总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者，倍福定义了自动化领域的许多标准，是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。经过 40 年的发展和努力，倍福已在世界各地设立 30 多家分支机构，加上全球的合作伙伴，业务遍及 70 多个国家和地区。

　　倍福于 1997 年进入中国市场，中国区总部落户于上海市北高新产业园区，现有员工 300 人，办事处遍及国内 30 座大中城市。创新产品和解决方案广泛应用于风力发电、半导体、光伏太阳能、电子制造、金属加工、包装机械、印刷机械、塑料加工、轮胎加工、木材加工、玻璃机械、物流输送以及楼宇自动化等众多领域。

　　公司倾力推广的 EtherCAT 实时工业以太网于 2014 年成为中国国家推荐性标准，并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。作为一家技术驱动型公司，倍福一直注重在技术上寻求突破创新，在业内享有“创新引擎”的美誉。倍福基于 PC 的控制技术具有良好的开放性，它支持所有主流的工业通信协议，将 IT 技术、互联网和自动化技术完美融合在一起，为实现工业 4.0 和智能制造奠定了坚实的技术基础。

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