在不中断机器运行的情况下更换标签卷筒

　　前言：对于食品加工生产线来说，停机更换标签卷筒或由于基材撕裂而停车不仅不方便，而且耗费成本。因此，CFS公司提出了一个理念，允许在不中断机器运行的情况下更换标签卷筒。新型贴标机具有完全模块化的结构，可以满足各种应用要求，来自贝加莱的多达16个ACOPOS伺服电机以及控制与显示技术为其提供了必要的动态特性与贴标精度，操作也十分简便。

　　“在典型的午餐肉或奶酪加工线上，7.5%至12%的停机是由贴标设备引起的，”位于德国Wallau的CFS Germany GmbH的标签与印刷产品经理Michael Brandt解释道。其中绝大部分停机时间花费在更换标签卷筒上面。考虑到高性能包装机械的典型速度（标签卷筒每分钟转8圈，每圈可以贴16个标签），事实上一卷5000个标签的卷筒仅用40分钟就能用完并不令人惊讶，如果采用热转印机，那么就需要花费额外停机时间用于更换碳带。如果标签基材特别薄、特别软或是采用打孔标签，那么传统机械就会面临一些其它问题，以及为意想不到的基材撕裂而停车。

　　剥标机与贴标单元分离

　　位于Wallau的CFS竞争力中心的包装机械与贴标机专家们通过提出全新的理念来解决这一问题，并将其应用到新型贴标机TiroLabelNT中去。这款贴标系统是市面上首台允许在机器运行时更换标签卷筒的压敏贴标机。机器的创新体现在创建了两个独立的剥标与贴标单元，而这两个功能在过去是集中在一个机器结构中的。可活动的贴标单元从固定的剥标机上取下标签，然后将它们放置在产品上，最后装有弹簧的“机械手”将标签压紧到产品上。

　　配备两个剥标单元的机器可以允许在不中断设备运行的情况下更换标签卷筒：为了实现这一理念，必须以此构造机器并为其设计程序，一旦第一台剥标机上标签卷筒为空或碳带用完时，贴标单元就能够自动移动到第二台剥标机工作。由于在第二台剥标机运行时能够在空剥标机上装上标签卷筒，因此机器得以保证连续运行。由于采用了来自贝加莱先进的模块化系统和革命性的驱动与控制技术，Michael Brandt和他的CFS团队成功实现了这一创新。

　　新型TiroLabelNT贴标机经过创新设计后，一旦第一个剥标机上标签卷筒为空时，贴标单元就会迅速移动到第二个剥标机继续工作 – 然后就能在不中断机器运行的情况下从容地为空剥标机装上标签卷筒。

　　灵活配置

　　由于在每一条生产线上因更换标签卷筒而引起的停机情况不尽相同，因此CFS提供了多种型号的TiroLabelNT贴标机。入门级TiroLabelNT 201拥有一个剥标机和一个贴标单元；带两个剥标机和一个贴标单元的TiroLabelNT 202每分钟可以生产120至170个包装；高端产品TiroLabelNT 203带有两个剥标机和两个贴标单元，可以满足最为苛刻的应用要求。

　　“带两个剥标机的贴标设备相比简单地减少停机时间来说拥有更多用途，”Brandt强调说。“用户还可以为产品贴上第二个促销标签，诸如‘买1送1’或者‘即刻打折20%以上’，因而节省了额外的时间和精力。”如果两个剥标机和一个贴标单元不够用，那么还可以选择带两个贴标单元的贴标机。

　　贝加莱技术让其成真

　　全新的TiroLabelNT机器概念只能通过新技术来实现：由于剥标机和贴标机不再是一体的，而且机器运行时，剥标机需固定于一个最佳位置以确保实现特定包装形式，因此在每一次循环周期后，贴标单元必须返回剥标机。“为了实现与传统设备相同的产量，贴标单元必须比以往运动得更快，”Brandt解释说。“这就是为什么我们的贴标机使用线性电机的原因，它可以以2g的加速度驱动贴标单元。除了提高产量以外，这还是一项绝对免维护的技术，因为它不需要齿形皮带等部件，所以也就避免了不必要的磨损。”电机是由贝加莱ACOPOS系列智能伺服驱动器控制的。“贝加莱立刻同意着手处理集成线性电机以及创建相关的驱动软件。对于选择贝加莱我们深信不疑，我们不仅信任他们的控制与显示技术 – 如同我们所有设备所呈现的那样，而且非常信赖他们的驱动技术，”Brandt说道。对于TiroLabelNT来说，驱动技术的应用十分广泛：贴标系统总共使用了16个伺服电机。

　　在贴标设备中，16个贝加莱ACOPOS系列智能伺服驱动器用于控制电机。该设备也可以在一个贴标过程中贴两个不同的标签。

　　卷筒驱动取代机械耦合

　　剥标单元单独需要两个伺服电机（或ACOPOS驱动器）：和贴标单元一样，剥标单元也必须运行得更快，从而避免不必要的延迟。在这里，伺服取代了为标签卷筒放卷的步进电机，过去用于卷筒收卷的机械耦合也已被伺服电机所取代。“即使在更高速度下使用更现代的标签基材，伺服系统的扭矩控制也能防止不必要的标签带松动和振动。总之系统会以更为柔和的方式处理材料，”Brandt补充道。

伺服电机的使用可以防止不必要的标签带松动和振动。

　　对于CFS选择的分布式架构，贝加莱驱动器能够给予最佳支持：每个模块化剥标单元都拥有自己的配电柜，柜中除了驱动器外，I/O模块也来自贝加莱。“无论是ACOPOS驱动器还是X20 I/O系统都是非常节省空间的。即使针对线性电机的驱动器也十分小巧，”Brandt兴致勃勃地说道。

　　贴标机的控制功能是由上游包装机械（PowerpakNT或PowerpakRT热成型机）的控制系统提供的。该控制与显示方案基于贝加莱工控机APC620，它已作为标准化组件广泛地应用于CFS的设备中去。热成型机的架构已经建立，因此在添加贴标机时，唯一需要做的就是，在POWERLINK网络中增加一个Hub。如有必要，该架构甚至可以进一步扩展至包含更多贴标机，对于包装机械的配电柜则没有任何变化。

　　使用MATLAB®/Simulink®进行仿真与代码生成

　　TiroLabelNT的现代化理念与技术和CFS工程师们所使用的先进开发工具与过程十分匹配。“很难使用传统方式开发像TiroLabelNT这样的机器的控制软件，无论运动顺序还是软件管理都十分复杂，”Brandt解释道。“这就是为什么我们使用MATLAB®/Simulink®开发机械结构、过程顺序、定时处理以及生成控制程序的原因。”这确保了，在仿真中实现的生产能力同样可以在现实情况中完成。该CFS的专家对于用户从中获益方面充满热情地说：“操作员可以直接输入想要的针对某一包装形式的标签数，并获得即时的反馈，表明是否可以实现。如果可以，控制器就会自动设置所有相关的参数。过去机器在逐渐完成预期包装量后停机的方式已经被淘汰了。”由于每个贴标单元为了完成指定数量的标签都会以一个合理的速度工作，因此这也防止了机械损坏，并提高了贴标定位精度。

　　总之，采用全新贴标系统取代传统贴标方案意味着，机器拥有更高的处理能力，实现更高的精度，节省更多的资源与空间。此外，标签卷筒能够置于安全盖板外，机器清洗更容易，卷筒更换也更符合人机工程学设计。

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