XTS 提升飲料包裝生產的靈活性與效能
幾乎所有人都認識由利樂包裝（Tetra Pak）所生產的典型牛奶、果汁等飲料紙盒。這些紙盒在運輸和使用上展現其高效且堅固的特性，但其背後的製造過程對生產技術提出了極高的要求。位於義大利摩德納（Modena）的利樂包裝，其開發和技術專家導入倍福 XTS 線性輸送系統，透過新一代將瓶蓋貼到紙箱包裝上的設備（封蓋機），實現了公司流程的關鍵目標——高品質、高輸出產能和高度的流程靈活性。該系統的成功令人驚艷，利樂的試點客戶對其可靠性、性能和靈活度印象深刻，甚至將其稱為「魔法機器」。
利樂包裝公司是全球領先的食品加工和包裝解決方案供應商。其宗旨是透過與客戶和供應商合作，致力讓 160 多個國家的數億人口每天能夠獲得安全、營養的食品，同時盡量減少對環境的影響。該公司位於摩德納的工廠，利樂團隊利用 Tetra Pak® Cap Applicator 40 Speed Hyper 實現了這一目標。此解決方案能夠依據實際客戶需求，實現每小時最高 25,000 個飲料紙盒的加蓋任務。利樂包裝產品負責人 Gianmarco Di Eusebio 解釋：「當討論新開發案件時，我們認為認真傾聽客戶的意見是非常重要的。有鑑於此，我們了解到一台更靈活、空間需求更小且系統產能更高的機器是迫切被需要的。就目前的分裝包裝解決方案來說，每小時可處理 9,000 個單位，若要達到所需的 25,000 個單位就意味著要安裝 3 台機器，且每台機器都需要配備一個進料系統等相關設備，意味著同時也需要有相對應的空間配置。」 他補充說道，一方面要達成高速加工，一方面是瓶蓋的 3D 幾何形狀，使得在塗抹黏合劑時須滿足極高的品質標準，這都讓新開發的設備面臨非常嚴格的挑戰，
PC-based 解決方案突破限制並提高數據透明度
因為具備強大的運算能力，利樂包裝選擇了倍福的 PC-based 控制技術；這是做出決定的一個重要因素。利樂包裝公司創新、分析和生產線解決方案總監 Paolo Scarabelli 提到其中一個重要的面向：「我們的客戶越來越要求高度數位化和串聯性的系統。倍福 PC-based 控制技術為此奠定了理想的基礎。XTS 還可以透過軟體功能輕鬆地取代先前的機械工作，這代表著設備向數位轉型又邁出了一步。例如，在 Tetra Pak® Cap Applicator 40 Speed Hyper 高速封蓋機中，我們能夠打破數位和機械設備元件之間的界限，真正實現數位化。就這個具體案例而言，這意味著我們可以對更多機器功能進行全面的數位控制，因此可以更可靠地操作系統。」
總體而言，更高水平的數位化提供了極大的數據透明度，從而顯著加快了產品轉換速度並同時提高了產品質量，正如利樂技術專家 Fabio Bassissi 所解釋的那樣：「XTS 動子可以作為單獨的伺服軸進行控制，借助軟體的靈活性優勢，可以非常輕鬆、快速地引入新產品格式。此外，我們可以結合監控黏合劑的視覺系統，並且非常有效地補償任何機械公差。」 當視覺檢測發現黏合劑未被塗抹在理想位置時，軟體可以在運行過程中切換至其他凸輪板，以控制耦合的動子，確保黏合劑重新沿著設定路徑塗佈。Fabio Bassissi 繼續說道：「我們還採用資產健康監控來確保設備運行的狀態。所有這些因素對於產品品質保證以及產品的成功至關重要。最終，飲料容器只有在達到完全防漏、且可靠密封的情況下，才能發送給最終客戶。」
實現高度複雜運動序列的可靠控制
Tetra Pak® Cap Applicator 40 Speed Hyper 高速封蓋機相關的軸數非常多——超過 120 個實體軸和 10 個虛擬主軸，也說明了運動控制過程有多複雜。其中大多數軸都配置於兩條平行的 XTS 軌道，每條軌道長 4.5 米，並配有 55 個動子。另外還有大約 10 個旋轉伺服軸，用於包裝輸送和熱熔塗膠應用等任務。
為了精準地黏合瓶蓋，考慮到其 3D 幾何形狀，XTS 動子的運動以及 X、Y 和 Z 方向的各種旋轉運動必須精準地同步。這裡的特殊之處在於，每對動子都透過專門的結構工具連接，但卻是分別在 2 套平行安裝的 XTS 單元上運行。無論動子是在一套系統，還是位於兩套不同的系統上並排排列，控制軟體都能充分利用其優勢——動子們始終都可以完全同步地移動。根據利樂包裝線嵌入式自動化總監 Stefano Flore 介紹，XTS 由於其模組化設計和出色的軟體功能，具備非常高的靈活性。例如，能夠改變 XTS 軌道長度和動子數量意味著幾乎不需要任何額外的工作調整，就可以提升或降低產能，輕鬆實現不同機型的變體。也可以輕鬆轉換為不同的包裝形式以適應其他填充數量和不同形狀的包裝頂部或瓶蓋。在軟體中，僅需對耦合動子之間的距離以及兩個 XTS 系統上的運動規格進行新的參數設定。
Stefano Flore 也明確表示，具有單獨控制的 XTS 動子提供的功能遠不止於產品運輸：「在動子上的相應支架拾取蓋子後，最多可以六個動子同步形成一個批次，進行膠黏劑塗佈。為此，蓋板支架透過機械耦合方式，與並聯的 XTS 系統中相關的動子在 X 軸和 Y 軸上進行移動。此時，系統會進行公差補償，例如由黏合劑噴嘴引起的公差。然後將瓶蓋精確地安裝到紙盒包裝上，並透過影像處理進行監控。XTS 還通過使用動子精準設定的橫向力水平，來保持正確的接觸壓力，從而確保粘合過程中無錯誤。該力源自於兩個耦合的龍門動子之間精確地相互作用。XTS 相對於機械系統的另一個主要優勢是，可透過軟體集中獲取大量資訊。不僅可以非常快速地定位系統參數的偏差，而且可以採取相對應的對策完全避免。關於故障問題，Gianmarco Di Eusebio 補充道：「採用該系統後，平均故障間隔時間 (MTBF) 增加了一倍多。」
控制技術提供持續的高性能表現
利樂也採用了倍福的控制技術，因為所有與系統相關的組件均來自同一來源供應，從而保證了無縫、高效的整合。機器控制系統的核心是 2 台用於 HMI 應用程式的 C6032 超緊湊型工業 PC、2 套 XTS 系統、帶有 TwinCAT NC PTP 的運動控制和 TwinCAT PLC。此外，單一控制單元中可以組合多種功能，包括機器模擬。其所選的硬體平台為將來擴展更多功能預留了充足的潛力。更重要的是，Beckhoff 提供了一個極為廣泛且可細緻擴展的產品組合，涵蓋運算能力、記憶體擴充甚至是外型設計，確保系統能夠持續保持未來的競爭力。
在談到使用 TwinCAT 軟體的經驗時，Paolo Scarabelli 說：「TwinCAT 可以充分發揮 PC-based 控制的潛力。這涵蓋各式各樣的程式語言，包括物件導向的語言、Visual Studio 的整合和全面的網路配置選項，還有出色的多核心支援。此外，該軟體結構良好，其開放性使其不僅可以使用豐富的 Beckhoff 函數資料庫，還可以無縫整合您自己的資料庫以創建特定機器的狀態監測。我們也大量使用 TwinCAT Scope 進行與開發相關的分析。總的來說，TwinCAT 為我們提供了最好的支持，包括在實現軟體開發標準化的目標這部分。」
他補充說，PC-based 控制的開放性和靈活性在整個領域發揮著重要作用：強大而開放的 EtherCAT 通訊系統提供了理想的支持，無縫整合了 I/O 模組、安全功能和驅動技術。正如 Stefano Flore 所說：「AX8000 具有非常高的動態性和對運動序列的精確控制，因此具有明顯的優勢。此外，模組化設計非常緊湊和靈活，可根據需要輕鬆地添加附加軸。這是由廣泛的 AM8000 伺服馬達支援的，其馬達類型、功率、繞組類型和其他方面都可以進行精細調整。」
全方位支持和未來潛力無限
利樂公司設備高級分析經理 Davide Borghi 證實，在這種要求嚴格的應用中，自動化合作夥伴的支援也至關重要：「在修改機器設備方案時，支援尤為重要。對於 Tetra Pak® Cap Applicator 40 Speed Hyper，在進行可行性測試時，這一點就顯得至關重要，尤其是對於配置 XTS 系統及其廣泛的功能時特別有用。無論是在現場與 Beckhoff 意大利團隊和德國的專家合作，還是涉及到各個管理層的部分，在所有情況下，倍福都提供了無縫的支援。」
這種強有力的合作也將繼續下去，因為 Stefano Flore 一直認為 PC-based 控制在 Tetra Pak® 設備中具有巨大的應用潛力：「我們相信無電纜技術（NCT） 對 XTS 來說是一個有前景的進一步發展。此外，我們也在測試 XPlanar 可以為多個應用程式帶來的可能性。我們還看到了 MX-System 用於無控制櫃自動化和 TwinCAT Runtime for Linux® 極具吸引力的優勢。能夠像在這個案例中的試點客戶所體驗的那樣，給使用者帶來驚喜，為他們精心打造出一台充滿魔力的『神奇機器』。」
