Matrix Packaging公司借助Beckhoff基于PC的控制技术、EtherCAT和采用单电缆技术的AM8000系列伺服电机节省了控制柜空间和降低了成本。

Matrix Packaging公司总部位于威斯康星州索克维尔，在研发立式袋成型充填封口机领域拥有20多年的丰富经验。公司新推出的Metis型号在效率和性能上都设立了新的里程碑（图1）。借助Beckhoff基于PC的控制技术，使不同的产品和包装生产线、机器每分钟能够灵活地填充1～180个包装袋。

“新型Matrix Metis是新一代的垂直成型、填充和封口（VFFS）机。”Matrix Packaging Machinery公司副总裁兼总经理Marc Willden说道，“Metis是专为满足食品行业——我们拥有强势地位的市场——的各种需求而设计的，非常适合用于包装奶酪、咖啡、零食、糖果等。”Matrix的客户还包括包装行业的公司，如家庭装饰品公司。

图1 Metis连续运动机器是Matrix Packaging的最新技术发展成果之一

“Metis的特别之处在于它运行时会有连续运动，显著提高了其生产能力和吞吐量。一方面，它也需要更高程度的自动化。”Willden解释道。因为袋子薄膜连续移动，且用于给飞速运行的包装袋封口的机械爪通过EtherCAT同步。Metis也特别适合用于高速加工小型包装袋薄膜。视具体的生产线，机器每分钟能够加工1～180个包装袋。这种灵活性可确保最佳的产品流和更高质量的包装。

在PackML基础上实现的标准化简化了工作和提高了透明性

控制系统架构包括一台Beckhoff CX5020嵌入式控制器、15英寸的Beckhoff CP2915多点触控控制面板、Beckhoff EtherCAT I/O端子模块、Beckhoff AX5000系列EtherCAT伺服驱动器和采用单电缆技术的Beckhoff AM8000系列伺服电机以及Beckhoff TwinCAT NC（图2）。

图2 一台Beckhoff CX5020嵌入式控制器负责控制整台机器，其中运动控制和可视化运动控制系统由Beckhoff AX5000系列EtherCAT伺服驱动器和采用单电缆技术的Beckhoff AM8000系列伺服电机构成

结果是在OMAC PackML标准的基础上打造了一台最先进的设备。“自从2011年10月起，Matrix Packaging一直是Pro Mach集团旗下一员，其中有超过20个品牌致力于包装技术。Pro Mach是PackML标准最忠实的信徒。

PackML具有标准化操作模式的管理和通信的结构特点，可以提供即时透明性。它还减少了工程和整合成本，提高了生产力，并提供经过改进的诊断功能。所有这些优点给我们的客户带来了真正的附加价值。”Marc Willden如此说道。

先进的多点触控HMI理念

“我们决定使用多点触控技术是因为Beckhoff能够提供明亮、高品质的显示器。”Matrix Packaging公司电气工程师Mike Krummey解释道。他接着说道：“PackML需要一个相当大的用户界面，这在一台传统的6英寸屏幕上将很难实现。Metis现在配备了一台15英寸多点触控屏Beckhoff CP2915(图3），我们以前使用的面板与其成本差不多，但由于采用的是单点触控界面和传统的塑料外壳，在外观上就难看很多。”Matrix Packaging团队对多点触控功能——如滚动能力的增强及双手操作能力——印象非常深刻。“如果操作人员不小心移除了机器上的保护屏障，他的双手总是在一个安全的位置，即使是在机器运行时。”Krummey指出。

图3 采用先进的多点触控技术的高品质15英寸控制面板是Metis的另一个亮点

针对PLC、运动控制和可视化的集成式平台

结构紧凑的DIN导轨安装式Beckhoff CX5020嵌入式控制器用作PLC、运动控制和可视化的集成平台。它控制所有的程序，方便了与生产线下游组件的通信，同步送料器与Metis机器过程、触发机械袋密封夹板等。同时它还控制着两台用于处理三根运动轴的Beckhoff AX5000系列EtherCAT伺服驱动器。Matrix Packaging只需要两个伺服驱动器，通过双通道Beckhoff AX5000驱动器和单通道Beckhoff AX5000驱动器运行三个运动轴。运动曲线通过Beckhoff TwinCAT NC凸轮功能实施。

单电缆技术降低了布线成本

“通过选择采用单电缆技术（OCT）的Beckhoff AM8000系列伺服电机，我们更加简化了运动控制。OCT具有高效特点，符合我们的机器理念。”Mike Krummey解释说。“单电缆技术的使用帮我们节省了很多小零件，让我们的布线工作减少了50％（图4）。”

图4 过采用Beckhoff的单电缆技术，Matrix Packaging能减少50％的电机布线成本

EtherCAT提供无限的可扩展性和互操作性

除了EtherCAT用作I/O和运动控制总线系统时出色的性能表现之外，Matrix Packaging对系统的可扩展性和互操作性以及各种Beckhoff EtherCAT I/O特殊功能端子模块大加赞誉。其中就包括Beckhoff EL3681数字万用表端子模块，它是一款经济的电力监控端子模块。“例如，如果操作人员在运行电压不足的VFFS设备，报警监控器会触发紧急停止并报告电源有问题。”Mike Krummey解释说。“与单独的解决方案相比，这一集成式端子模块是一个更经济高效的选择。”

机器控制系统和现场总线将无法跟上Matrix Packaging的创新能力和发展潜力的问题都已经成为过去。“令人印象深刻的是，我们的Metis机器只使用了新控制平台不到1％的性能。”Marc Willden补充说道。“基于PC的控制系统和EtherCAT有充足的性能储备来满足未来的所有需求。”

新的平台可以节省空间和成本

通过使用Beckhoff的控制平台减少机器的占地面积是Matrix Packaging实现的另一个主要目标。由于控制组件采用紧凑型设计，Metis的电气柜比配备传统PLC的样机短了约6英寸（15cm）。“控制柜组装花费的时间要少得多，不仅因为电机采用单电缆技术，而且由于Beckhoff EtherCAT端子模块采用了智能设计。EtherCAT将我们的控制柜接线成本减少了30％～40％。”Mike Krummey说道。

“虽然Metis具有更高的性能和更多的功能，基于PC的控制系统的成本比我们原先计划的PLC解决方案要减少约10％——即使添加了多点触控用户界面。”Marc Willden阐述道。“Beckhoff的自动化方案与专注于公认标准的态度与Matrix Packaging的公司理念非常贴合。我们避免使用任何专用的机械或电气组件，因为我们更喜欢那些在行业中有成熟应用的标准产品和技术。”因此，Matrix Packaging正在考虑将其他机器生产线移植到Beckhoff的PC控制平台中。