為確保網(wǎng)購商品能夠完好無損地送達(dá)消費(fèi)者手中，在運(yùn)輸過程中，必須保護(hù)包裹免受損壞。總部位于威斯康星州阿普爾頓市的 CMD 公司專為快節(jié)奏的電商行業(yè)研發(fā)出一套智能快遞袋生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用倍�？刂萍夹g(shù)，無縫集成生產(chǎn)線上的所有工站：無論是間歇式還是連續(xù)式運(yùn)行模式，最終形成高度優(yōu)化的工作流程。

　　CMD 公司深知柔性自動化與結(jié)果可復(fù)現(xiàn)性對于包裝行業(yè)的重要性。為此，這家原始設(shè)備制造商持續(xù)探索創(chuàng)新技術(shù)，并將這些技術(shù)應(yīng)用于高度定制化的塑料轉(zhuǎn)化解決方案賦中，以精準(zhǔn)滿足行業(yè)需求，CMD 這一企業(yè)名稱正是“Custom Machinery Design（定制化機(jī)械設(shè)備設(shè)計）”的精準(zhǔn)詮釋，生動體現(xiàn)了其核心的定制化理念。

　　公司最近開始為一家電子商務(wù)領(lǐng)域的合同制造商設(shè)計一款新型快遞袋包裝機(jī)。CMD 間歇運(yùn)動產(chǎn)品部產(chǎn)品線經(jīng)理 Scott Fuller 表示，高吞吐量和直觀操作界面是其包裝機(jī)設(shè)計的核心訴求。“這款新型包裝機(jī)速度更快，自動化程度更高，解決了我們終端客戶的痛點(diǎn)問題。”Fuller 說道。終端客戶將為線上零售商定制生產(chǎn)電商商品運(yùn)輸用塑料袋�？蛻舻牧硪粋�需求是：可適配自動化產(chǎn)品裝載的包裝袋。

　　01

　　新一代自動化解決方案

　　在全新優(yōu)化的薄膜轉(zhuǎn)換工藝中，1400-GEC 機(jī)器展開兩卷薄膜，并在這兩卷薄膜上進(jìn)行套印，并采用連續(xù)縱向熱封。然后，薄膜卷將通過一系列橫向沖壓成型和熱封工序，根據(jù)訂單需求將材料切割成 1 至 5 條獨(dú)立的包裝袋通道，并添加易撕口設(shè)計以方便分離。在將成品包裝袋裝箱前，系統(tǒng)會根據(jù)客戶指定的使用規(guī)范，執(zhí)行視覺檢測程序：在包裝袋內(nèi)注入空氣，并測量其形狀輪廓。

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　　這臺機(jī)器采用了全新的自動化工藝。它從連續(xù)運(yùn)動切換為間歇運(yùn)動，然后在出料階段又回復(fù)為連續(xù)運(yùn)動，且能夠在每個轉(zhuǎn)換階段同步處理不同的工藝任務(wù)。這使它完全不同于我們以往設(shè)計的任何機(jī)型。”

　　—— Scott Fuller

　　要實時支持所有這些功能，需要配置具備強(qiáng)大運(yùn)算能力的控制系統(tǒng)。此外，開發(fā)團(tuán)隊還面臨著項目周期極為緊張的挑戰(zhàn)。必須在保證項目如期交付的同時，確保最終方案能夠順暢運(yùn)行，并具有可靠的品質(zhì)保障。

　　02

　　功能強(qiáng)大的編程工具

　　TwinCAT 自動化軟件 是一個端到端的開發(fā)環(huán)境和 Runtime 平臺，實現(xiàn)了從 PLC、運(yùn)動控制到集成式安全以及物聯(lián)網(wǎng)功能的全面整合。在開發(fā)新型操作界面時，TwinCAT HMI 使 CMD 能夠利用 HTML5、JavaScript 和 CSS 等現(xiàn)代網(wǎng)頁設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編程。由此生成的響應(yīng)式界面通過更加直觀的 HMI 設(shè)計提升了用戶體驗。

　　在基于 TwinCAT 進(jìn)行設(shè)備控制編程的過程中，CMD 與倍福特別項目組 (SPT) 的軟件專家們展開了密切合作，并從中獲得了顯著的技術(shù)優(yōu)勢。SPT 框架構(gòu)建 ISA-TR88 和 PackML 等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及 TwinCAT 中的相關(guān)功能庫基礎(chǔ)之上。該技術(shù)有效簡化了生產(chǎn)線中各個設(shè)備之間的通信編程工作。對開發(fā)人員而言，其優(yōu)勢在于他們不需要為每個新項目重復(fù)造輪子，既能重復(fù)使用現(xiàn)有的代碼，又可快速響應(yīng)新需求進(jìn)行定制化調(diào)整。

　　03

　　產(chǎn)線效能全面躍升

　　CX2033 嵌入式控制器是整條生產(chǎn)線配備的唯一設(shè)備控制器。雙核 AMD Ryzen™ 處理器為倍福 DIN 導(dǎo)軌安裝式控制器提供了強(qiáng)大的算力支撐，并為未來的升級和擴(kuò)展預(yù)留了空間。“在資源受限的系統(tǒng)中運(yùn)行時，HMI 會出現(xiàn)明顯的觸控延遲現(xiàn)象。通過將 HMI 服務(wù)器部署在提供豐富計算資源的 CX2033 上，我們成功實現(xiàn)了觸控面板的極速響應(yīng)操作。”CMD 公司軟件工程師 Adam Benson 解釋道。

　　EtherCAT 耦合器 EK1914 通過其數(shù)字量標(biāo)準(zhǔn)接口和安全 I/O，實現(xiàn)了整條產(chǎn)線的通信集成。除了用于標(biāo)準(zhǔn)信號的 EtherCAT 端子模塊外，各站點(diǎn)的 I/O 網(wǎng)段還集成了 TwinSAFE 安全端子模塊。這使得 CMD 能夠便捷地為生產(chǎn)線中各個設(shè)備配置安全功能，例如為每個工具單獨(dú)配置急停按鈕。

　　在 CMD 公司高動態(tài)運(yùn)動控制應(yīng)用中，EtherCAT 憑借其出色的同步性能，進(jìn)一步釋放了倍福驅(qū)動解決方案的性能潛力。該設(shè)備配備了 AX8000 多軸伺服系統(tǒng)和 AM8000 伺服電機(jī)，實現(xiàn)十四軸聯(lián)動控制。“AX8000 驅(qū)動器在輸出功率與超緊湊設(shè)計之間實現(xiàn)了平衡。”CMD 電氣工程師 Jason Plutz 說道。“通過采用集成式安全扭矩關(guān)斷功能，我們成功省去了兩個大體積的接觸器，顯著節(jié)省了面板空間。”

　　CMD 公司采用 TwinCAT 3 軟件平臺中的凸輪運(yùn)動控制功能控制快遞袋包裝機(jī)上的兩個軸。原先安裝在間歇運(yùn)動段的開袋器通過凸輪功能被重新定位到下游，效率得到了顯著提升。通過薄膜卷連續(xù)成型工藝的外推法，開袋器可以采用精密凸輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)動作時序的精準(zhǔn)匹配，確保在最佳時刻完成目標(biāo)運(yùn)動。

　　為未來做好充分準(zhǔn)備

　　通過采用倍福的軟件框架，CMD 公司將代碼復(fù)用率提升至 90%。采用 TwinCAT HMI 后，團(tuán)隊成功開發(fā)出了具有卓越定制化能力、更直觀的操作界面。“新版操作界面與我們原有的 HMI 界面布局相似，但設(shè)計更加簡潔、更加人性化。”軟件工程師 Adam Benson 說道。

　　通過 EtherCAT 通信的 CX2033 嵌入式控制器用于控制整臺設(shè)備，顯著加快了 CMD 的設(shè)備生產(chǎn)節(jié)拍。“所有環(huán)節(jié)都能保持統(tǒng)一的高速掃描，這是一項巨大優(yōu)勢。不同速度的工序站點(diǎn)之間完全不需要擔(dān)心通信問題，因為整個系統(tǒng)采用的是全局同步更新機(jī)制。”Jason Plutz 解釋道。這使得 CMD 團(tuán)隊成功實現(xiàn)了每分鐘處理 200 英尺（約 60 米）塑料薄膜的目標(biāo)吞吐量。這意味著每條產(chǎn)線每分鐘可產(chǎn)出 100 個包裝袋，最終實現(xiàn)了每分鐘 300 至 500 個包裝袋的驚人總產(chǎn)量。

　　展望未來，CMD 團(tuán)隊計劃升級至搭載四核 AMD Ryzen™ 處理器的 CX2043，以獲得更強(qiáng)大的設(shè)備控制性能。倍福擁有豐富的工業(yè) PC 產(chǎn)品線，具有高可擴(kuò)展性，支持在不重新設(shè)計的情況下實現(xiàn)性能調(diào)整。

　　關(guān)于德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個國家和地區(qū)。

　　倍福于 1997 年進(jìn)入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領(lǐng)域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍�；�于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

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