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包裝自動化最新進展——完全集成的全新包裝系統

發表時間::2020-07-09

先進的自動化設備和控制技術可以幫助制造商實現包裝系統的集成和升級。根據應用需求和環境的不同,自動化系統集成商需要為客戶考慮到所有可能出現的困難,幫助他們在最短的時間內,實現系統的平穩升級和高效運營。


完全集成的全新包裝系統

  

一家蔬菜加工廠想要為冷凍蔬菜產品線安裝一條全新的包裝線。新的包裝線包括新的加工設備和包裝設備(包括碼垛設備)。該生產線上涉及到各種蔬菜混合物、餐食和其它物品。該工廠生產多種產品,并需要定期進行切換。

  

NCC自動化系統公司承接了這項交鑰匙工程,為這家蔬菜加工商提供完全集成的包裝系統。該系統包括全方位的包裝設備,例如多頭組合秤、VFFS裝袋機、機器人裝箱機、制箱器和封箱器、機器人碼垛機以及長約1,000英尺的輸送機等。該項目的造價為750萬美元,其中不包括由客戶購買的組合秤和裝袋機。


袋式輸送機系統將檢查過的產品收集到包裝箱中。

圖片來源:NCC公司

  

在新安裝生產線相鄰的區域,正在運行類似的生產線,包括袋子和箱子生產線。客戶希望該項目完成后,將提供一套高效的包裝生產系統,能夠以期望的速率生產所有包裝和包裝盒。該系統可為生產線上的所有員工提供安全的操作環境。NCC公司的總裁Kevin Mauger說,在此項目中主要遇到了4個方面的挑戰:

  

●立式袋(新產品)的運行狀況;

  

●項目交付時間表;

  

●非常小的箱子運輸和碼垛;

  

●對現有控制系統的改造。

  

新系統安裝了新的產品分配系統、4個裝袋機和4個秤。此外,還安裝了一條新的包裝線,以處理裝袋機生產的袋子。包裝線生產的箱子通過新的高架箱子輸送機進行輸送,該輸送機將由新的碼垛系統進行碼垛。現有的拉伸包裝機用于包裝完整的托盤。

  

整套包裝自動化系統的流程包括:首先,冷凍產品從客戶提供的冷凍機中傳出,進入產品分配系統。每臺裝袋機每分鐘最多可輸出80袋。裝袋機卸料輸送帶包括1臺翻袋機,以便將袋的密封面朝下放置。2個制箱器用于制作紙箱毛坯,然后將它們放置在空箱輸送機上,以供4個箱子裝載器使用。

  

接下來,通過自動裝載器將袋子裝進空箱中。袋子從一側進入箱子裝載器,空箱子則從另一側進入箱子裝載器。裝箱機使用2個視覺引導的機械手進行一次拾取配置,因此可以360度校正包裝袋錯位。完整的箱子從每個箱子加載器中輸出,然后經過密封的箱體被輸送到箱體輸送機上。箱體將從傾斜螺旋輸送機輸送到高架輸送機上。

  

新的碼垛系統包括向系統展示碼垛的箱式輸送機、叉式托盤分配器、3排空托盤輸送機、2個用于正確構建碼型的機器人、3排全托盤輸送機和電動滾筒輸送機(與現有的拉伸包裝輥輸送機匹配),以及所需的安全圍欄/防護裝置和控制面板。 

  

全新的帶有機器人、碼垛系統和傳送帶的自動蔬菜加工和包裝生產線,每分鐘最高可處理320個袋子,并且可以靈活處理和定期切換多種產品。Mauger說,“通過預先識別已知的風險,我們制定了緩解和應急計劃。使得該項目可以按時、按計劃和按預算進行。”


箱式輸送機將產品送入機器人碼垛系統。


實現軟硬件的無縫集成

  

Stone技術公司的的客戶經理Robbie Kerfoot,最近參與了一個項目,需要為客戶分布在不同地點的8個工廠中實現包裝、記錄和原材料的更新、集成和自動化。

  

該項目由硬件、軟件以及與各種本地和企業資源計劃(ERP)解決方案的通信組成,客戶的目標是標準化其各個生產線終端的標簽和報告,以確保將其在北美地區8個生產設施中所生產的制成品自動標記以進行分配。所有的原材料都會被統計和記錄以進行跟蹤。在本地直接與現有包裝設備進行對接,以確保利用自動化的準確性,從而減少任何可能的人工數據輸入錯誤。

  

Stone公司為這個項目提供了一些新的硬件(例如,標記設備和服務器),編寫在新硬件和現有控制系統之間進行接口所需的接口編碼,并且由于新系統已經就位,在許多情況下可以修改現有控制系統,以提升其效率。

  

最大的挑戰之一是與客戶團隊合作開發解決方案,然后將該解決方案部署到各個本地站點,“每個站點都有其獨特的障礙需要克服,同時仍要實現公司整體的解決方案。” Kerfoot說。克服這一特殊挑戰的關鍵是確保始終傳達、討論客戶和利益相關者的所有期望,并在存在分歧時盡早制定解決方案。


快速升級過時的系統

  

在過去3年中,Avanceon公司注意到在包裝項目中有一種趨勢,就是解決系統技術過時的問題。傳統上,包裝生產線所在的工廠區域每年必須保證24x7x365安全運行,因此,對其態度通常是“如果沒有故障,就不需要修理”。近年來,由于技術過時,制造商不得不對包裝系統進行升級。面臨的挑戰主要來自兩個方面:

  

1.從來沒有一個好的停機時間窗口。

  

2.系統需要在外觀和性能上與停機前完全一樣,以確保運行人員能夠接受該系統。

  

最近對一家工廠的面包生產線包裝系統的升級解決了這些問題。Avanceon公司幫助升級了舊的控制系統,以控制和協調面包工廠的包裝區域。包裝系統由7條生產線組成,每分鐘處理20箱以上。由于匯聚到此包裝區域的生產線數量眾多,因此需要在非常有限的停機時間范圍內完成升級,沒有犯錯誤的時間。

  

該項目需要用4個機架和超過60個模塊來替換PLC 5/25,這些模塊通過遠程輸入/輸出(I/O)和過時的數據高速公路通信協議,連接到工廠的其余部分。舊的處理器和系統被可編程的自動化控制器和基于以太網的I/O所取代。此外,還涉及到軟件轉換、更新現有(破爛不堪的)電氣設計文檔。

  

Robert Herman是Avanceon公司的項目經理兼高級工程師,他參與了這個包裝項目。“這個項目的主要挑戰是啟動時間窗口短(只有一個為期3天的周末假期)和開始生產后的穩定運行。” Herman說,“在為期3天的項目實施過程中,不僅需要更換控制器,重新編程并更新網絡,還需要系統集成商檢查并測試代碼。”  

  

該項目的目標是更換所有硬件(現有處理器已滿,無法再對其進行編輯),測試新的I/O,并在啟動前確保現有功能的順利實現。由于項目基于硬件,并且缺少人機界面(HMI)屏幕,因此在上線之前無法對這類項目實現全面仿真以進行測試。為了降低啟動風險,項目團隊在代碼轉換、交叉檢查代碼、圖紙審查等質量管理方面格外小心。

  

停機時間選在了勞動節周末的3天假日。電氣團隊從周六上午12點開始接線,并在周日凌晨5點結束。在周日,控制團隊完成了所有I/O檢查,然后進行了功能測試。由于質量控制做的很好,代碼測試進行得很順利,經過漫長的一天,團隊最終完成了工作。這樣,就有星期一作為備用,可以進行更多測試,并有機會讓團隊休息。該系統在啟動爬坡(2秒內從0到60 mph)內進行了調試,與項目相關的總停機時間僅為20分鐘。通過強有力的執行質量計劃、嚴格的驗收時間表和詳細的現場驗收測試清單,該項目的完成時間比預期提前,這為額外的測試留出了緩沖時間。

  

對于老舊的項目,尤其是在時間至關重要的包裝應用領域,從中學到的最大的經驗教訓是要密切注意序列時間。新的處理器和通信協議通常比舊的處理速度快得多。經歷的短暫停機是由于先前邏輯程序中的周期時間異相而導致的。需要重寫此邏輯程序以匹配速度更快的處理器。“我們花了更多時間專注于時間關鍵領域。當生產線全速運行時,我們相應調整了計時器以及掃描時間。” Herman 表示。

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