极限机器:紧凑型精密机器人

栏: 极限香肠制作也获得了奖项

极限是什么?根据控制工程订阅者，一种小型，灵活，易于使用和适应，同时确保安全的机器人包装机。当罗克韦尔自动化希望突出其机械制造客户的创造力时，它提出了这样的要求控制工程，欧洲控制工程,设计的新闻让读者选择终极的“极限机器”。八名参赛者(四名来自北美，四名来自欧洲)出现在这三份出版物的2006年10月号上，并要求读者投票。北美地区的冠军是纽约州布鲁尔顿的施耐德包装公司。

是什么造就了一台终极的“极限机器”?在评估今年竞赛的候选人时，读者被要求寻找实用、精确和实用性的结合。在施耐德包装公司的案例中，他们显然也很欣赏一台占据有限工厂空间的机器。

自动化控制需要精密的机械装置，以提供精确的运动来完成指定的任务。然而，更大的能力往往意味着占用大量空间的大型机器。此外，许多机器人制造商希望操作员通过传统的教学挂件与机器人互动，并进入安全外壳执行日常任务，例如为贴标机提供卷标签。

打破常规

施耐德包装设备采取了不同的方法。它提供了在简化过程的同时提高生产率的机器配置。为了这个应用，该公司为一台占地300平方英尺的高级咖啡烘焙机创造了一个“k杯”的生产线末端机器人处理系统。即将煮好的咖啡的密封塑料杯从一端放进去，一托盘贴着标签的盒子从另一端出来。除了补充包装用品外，人类进入安全围栏仅用于移除已完成的托盘。即使是这种有限的干预也可以通过传送带将托盘搬运出去来避免，但在这种情况下，客户更喜欢人工方法。

操作人员堆叠纸箱和箱子空白，并从外壳外部提供标签机，因为停止进入外壳的线路是耗时和昂贵的。k杯以每分钟280杯的速度通过传送带运来。两个并排的定时螺丝为一个纸箱计算合适的数量，并将它们送入料斗。一个罗克韦尔自动化Ultra-3000伺服与MPL电机操作定时螺钉。机器打开一个纸箱，当料斗满了，把杯子倒进纸箱。为了节省空间，施耐德开发了一种旋转装盒机，由另一台Ultra-3000操作。

然后，由罗克韦尔自动化controllogix处理器控制的一系列气缸推动纸箱的侧面和底部，以固定k杯，使正确的数量适合。这个复杂的“沉淀”步骤必须考虑到杯子的谐波反应，以避免把它们从纸箱里扔出来。

机器使用热熔胶密封纸箱，并将其呈现给激光日期编码器和标签涂布器。然后纸箱沿着一条很短的传送带行进到组合机器人装箱和码垛机。

纸板箱按合适的方式堆积在一起。这台机器打开一个箱子空白，这样发那科R2000机器人就可以抬起一层纸箱并把它放进箱子里，如果指令要求多放一层，就重复这个步骤。另一种热熔胶应用可以密封外壳，之后机器将其吐出。

然后，同一个机器人拿起箱子并将其呈现给贴标员。整个标签组件位于安全外壳之外，允许操作员在不关闭生产线的情况下提供服务和供应。它通过守卫栅栏上的一个小切口来执行任务。许多这种类型的自动化过程需要一个单独的贴标机，如果客户想要标签的情况下的多个方面。然而，在这种情况下，机器人呈现出标签的一面。如果需要重新粘贴标签，请将纸箱翻转并重新展示，然后将其放置在托盘上的正确位置。

简单的操作

施耐德包装设备副总裁Pete Squires表示:“该系统最大的吸引力之一是它的简单性。所有的“罐装”机器人都有一个教学挂件，通过它可以编程。对于大多数机器人集成商，操作员(也)通过挂件与机器人互动。因为大多数公司不希望他们的操作员兼任机器人程序员，所以我们把这个挂件锁起来。操作员使用机器上的触摸屏界面与机器人进行交互。一切都与ControLogix控制器集成在一起，由它来控制一切。”

Squires承认，在机器人系统中提供如此多的功能，并将其塞进如此小的空间，这是一个相当大的挑战。它不仅仅是一个纸箱或装箱机，而是一个终端包装系统。此外，该公司以前从未建造过旋转纸箱。它通过在必要时发明新功能并将经过验证的功能重新配置为模块化设计来应对挑战，并在不到5个月的时间内交付了所有这些功能。

“这是一台非常复杂的机器，”斯奎尔斯说。“但这对我们来说是意料之中的。当客户问我们“你们现场有多少台这样的设备?”’我们的回答通常是，‘这是第一个。’”

Steve Scheiber是《控制工程》的特约编辑，sscheiber@aol.com。

极限香肠制作也获得了奖项

“极限机器”比赛的欧洲冠军是位于荷兰奥斯的食品机械制造商Stork Townsend B.V.。其QX系列共挤压香肠制造商以生肉为原料，生产出成品烟熏香肠，准备在连续操作中运输，节省80%的劳动力。

那么，香肠机有什么“极端”之处呢?首先，它的尺寸是巨大的:10米(33英尺)宽，6米高，长达30米，使它成为比赛中最大的机器，以任何标准来看都是非常大的。它由60个变速电机提供动力，由罗克韦尔的PowerFlex变速驱动器控制，以及18个伺服电机，由ControlLogix和CompactLogix控制器与Kinetix 6000多轴伺服驱动器一起控制。整个控制系统通过以太网/IP网络连接在一起。本机主控制柜长约6米。

另一个极端是高度自动化。一个操作员几乎可以操作整台机器，从开始到结束，大大降低了人工成本。这也意味着没有人接触到肉类产品，从而最大限度地减少了污染的机会。操作员告诉机器要做什么尺寸的香肠，机器就会同步所有的过程，从烟熏到包装再到肠衣的大小。该公司声称，人工减少了80%，每公斤成品香肠的成本从0.12欧元降至0.40欧元。

Stork Townsend在20世纪60年代发明了共挤压工艺，这可能是香肠制作领域取得的最大进步。根据这个概念，肉面团被不断挤压成香肠形状，液体胶原蛋白(一种从动物皮肤中提取的天然蛋白质)被喷洒到肉上。胶原蛋白在表面形成凝胶，当新制作的香肠绳经过盐水溶液时，凝胶开始硬化成肠衣。斯托克·汤森德说，这个过程可以制作出符合顾客口味的特制肠衣。

该过程的其余部分是物料搬运操作。香肠被扔进篮子里，经过预干燥过程，然后熏制，最后晾干。烟是液态的，喷在香肠上。然后香肠进入包装阶段，高速机械真空包装它们。带有Kinetix 6000伺服驱动器的专用ControlLogix系统管理六轴封装系统。香肠在包装内煮熟，冷却，并作为即食(RTE)产品储存运输。

从开始到结束，整个过程需要一个小时，处理2200公斤的肉。

30多年前，当电子工程经理Jan Vissers开始在Stork Townsend工作时，控制系统主要由电磁继电器组成。“我非常幸运，Rockwell在合适的时间(2003年)推出了集成架构解决方案，当时Stork Townsend正需要这样一个完整的集成解决方案。”

从那时起，当公司将ControlLogix和HMI与RSLogix5000和RSView Studio Development软件相结合时，它已经添加了低压开关设备，智能电机控制(提供诊断数据)，PowerFlex驱动器和Kinetix伺服控制器到他们的系统中。使用的网络包括SERCOS以及罗克韦尔的DeviceNet、ControlNet和以太网/IP。Vissers报告称，现在近90%的机器都安装了罗克韦尔自动化的控制系统。

罗克韦尔自动化表示，在与FactoryTalk启用架构合作两年后，Stork Townsend实现了“控制、HMI和运动控制之间的最高透明度”。

Michael Babb是欧洲控制工程。您可以通过atmichael.babb@ntlworld.com联系到他。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。