【案例分享】Lenze伦茨在全自动装箱机中的应用

摘要：结合全自动装箱机的市场情况和对设备工艺要求的分析，提出了Lenze伦茨系统在全自动装箱机中的解决方案。重点分析了Lenze伦茨产品在全自动装箱机的实现方法及技术优势。

关键字： FAST 解决方案 控制器 伺服

1 设备简介

据相关机构统计，包括装箱机在内的全球包装机械需求，以每年5.3%的速度增长。全球市场上的包装机械（包括装箱机）大约有三分之一来自德国，其次是美国、日本和意大利。我国一些跨国公司和外资企业使用的装箱机大部分都是从国外进口。有关信息显示，全球包装设备的需求已从2004年的241亿美元增长到2009年的286 亿美元，到2019 年将达到445 亿美元的需求规模。其中装箱机的市场需求潜力巨大。

全自动装箱机是一种将传输带上杂乱无序的包装物，按一定的排列方式装入箱中的一种自动化设备。本项目设备的功能是将传送带上间距无序的输液袋，由同步带排序后装盒，再通过两组XY机械手进行装箱，通过输送辊道将箱子传输到后续的码垛设备。设备主要由四部分组成，分别为：进料、装盒、装箱、出箱。进料：由变频器驱动输送皮带，将输液袋装入盒中。装盒：由两台伺服电机驱动两组同步带，将两组料盒分别安装在两条同步带上，两条同步带经过进料、定位和跟随等功能将输液袋装入盒中，并送到抓取位。装箱：装箱由两组XY机械手组成，由四台伺服电机组成。抓手采用插补功能将输液带平滑的放入箱中，整个抓手具有路径规划，平滑的弯曲半径等功能。出箱：机械手将输液袋，按层次装好后，然后由出箱辊道，将成品传送到堆垛设备，驱动系统采用变频器进行控制，同时配合接近开关和气动元件完成箱子的输送工作。

设备单次抓取时间最快可以达到1.85秒一次，每次抓取4袋，因此可以达到130袋/分钟。设备控制系统主要采用Lenze伦茨新一代运动控制器和伺服控制器组成，电机采用MCS性能同步伺服电机，控制网络采用EtherCAT总线。整个设备具有自动化水平，装箱速度快，设备振动小等优点。

2 Lenze伦茨解决方案

2.1 Lenze伦茨主要产品

(1) L-force Controller 3231C：该控制器主频为1.6GHz 任务周期小为1ms，并且具有强大的逻辑运算及运动控制功能，其功能和性能远远超过一般的PLC。在通信能力方面支持多种通信方式，控制标配有2个USB接口，两个Ethernet 接口（且内部集成了网络交换机功能），1个EtherCAT 接口，并可选配 2个CANopen或者PROFIBUS master 模块。内置Windows ® CE操作系统可通过DVI接口直接连接外设显示器。内置监控软件VisiWinNET 2005，可直接在运动控制器内进行画面的监控，通过MP 1000DVI输出，这样当触摸屏损坏时，则不需要重新下载监控程序，只需更换显示器MP 1000 DVI 即可。

(2) MP1000 DVI: 屏幕为TFT 10.4" 分辨率为640 x 480，并且配有DVI接口可与Controller3231C直接相连作为触摸屏显示。

(3) i700伺服控制器：内置位置，速度和转矩控制方式，采用多轴设计和简便安装技术，伺服采用集中供电模块进行供电，伺服包括单轴和双轴模块，可以灵活组合。采用集成的EtherCAT总线网络，具有冷板安装，推出式散热，柜内安装三种安装方式，功率范围为0.75 到 15 kW。

（4）MCS伺服电机：Lenze伦茨伺服电机标配有旋转变压器及精度可近似为1024线编码器。MCS伺服电机为永磁同步伺服电机，具备动态的响应和过载能力。

2.2 Lenze伦茨解决方案

在控制程序方面，Lenze伦茨将FAST技术成功应用于运动控制领域，推出了各类标准的控制程序模块，将枯燥复杂的控制程序整合成一个个功能块，实现了从编写复杂运动控制程序到简单实用的功能块使用的转换，大大地节约了工程人员的工作量，使编程工作像搭积木一样简单、实用。

设备主要应用的FAST模块有两个：

1). MagicTrack 功能块：该功能块是专为利用同步带进行自动接料而开发的功能块，其主要功能是将输送辊道上的输液袋，通过两个同步带上安装的盒子，实现自动循环接料，接料完成后，将产品快速的送至机械手的抓取位置。两条同步带，自动循环运行，保证输送带上的产品都可以进入盒子中。同时功能块还具有同步带防撞报警、自动寻零和手动控制等功能。

2). PickAndPlace 功能块：该功能块是为各类机械手控制而开发的功能块，其主要功能是实现机械手的抓取和放下的功能，该功能块可以实现一条运行轨迹中任意10点的路径规划，每个点都可以独立的设定速度、加速度、弯曲半径和暂停的功能。功能块支持4轴的插补功能，应用于多种形式的机械手，如：门式机器手、带式机器手、Delta 3、Delta 2、Scara机械手及关节式机械手。

3 实现的主要功能

1). 自动装盒：输液袋在传输带上被输送过来，在输送带出口处安装光电开关，用于检测输液带到来信号，该信号接入MagicTrack 功能块中。该功能块可以实现利用两条同步带，进行循环自动接料功能。

2). 抓手控制：当其中一条同步带上装满输液袋时，将被输送到抓手位置处，并发送允许抓手动作信号给PickAndPlace 功能块，XY 机械手则按设定好的平滑曲线将输液袋放入箱中，轨迹可以灵活设定或者示教获得，同时也有层数控制、临时暂停、机械手旋转等功能。

3). 辊道控制：进箱和出箱则由辊道来控制，由安装在辊道上的多个光电开关实现箱子的定位和流量控制。

4 Lenze伦茨亮点

1). 为用户提供整套的、成熟的、性价比的电气自动化解决方案。

2). 推出的FAST功能块，为用户的设备提供像硬件安装一样的软件系统，省去去了复杂的编程环节，大大缩短了工程师的调试时间。

3). 同步带具有运行稳定，强大的防撞控制和智能化寻零控制等功能。

4). 机械手具有运行快速精准、轨迹平滑和人性化的示教等功能。

5 展望

随着我国企业现代化水平的提高，把产品装箱这样繁琐，枯燥的工作逐步由人工向开发高自动化程度的装箱机转变，采用高效、自动的装箱方式，显著提高了生产效率。设备主要应用于啤酒、饮料、烟草、制药、粮油、食品加工、日化以及机械、电子行业等领域。Lenze伦茨凭借高品质的自动化产品和专业的技术团队，为企业用户打造高性能的，高自动化的装箱设备。我们提供的程序模块设计理念，高性价比的自动化产品，智能人性的控制方式，也符合全自动包装机的未来发展方向。Lenze伦茨意致远，行至简的服务理念，愿与客户携手共创未来。