VIPA SPEED7技術(shù)在加多寶罐裝飲料在線內(nèi)壓檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用

德國惠朋（VIPA GmbH）有限公司北京代表處

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VIPA SPEED7技術(shù)在加多寶罐裝飲料在線內(nèi)壓檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用

德國惠朋（VIPA GmbH）有限公司北京代表處

編者按：德國惠朋（VIPA GmbH）公司成立于1985年，總部設(shè)在德國南部的Erlangen，技術(shù)創(chuàng)新始終是其企業(yè)的靈魂與核心理念。公司的發(fā)展與創(chuàng)新如影隨形，早在2003年惠朋（VIPA）就推出了在業(yè)界具有里程碑意義的SPEED7系列PLC專用CPU芯片，SPEED7技術(shù)使得VIPA 300S/500S系列CPU至今仍然保持著“基于VIPA WinPLC7或西門子Step7編程的世界上最快的硬件PLC”的美譽(yù)。如今，VIPA在食品飲料行業(yè)也頗有建樹，本篇文章便是VIPA SPEED7技術(shù)在加多寶罐裝飲料在線內(nèi)壓檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用。

灌裝食品有很多優(yōu)點(diǎn)，能在常溫下存放和流通，較好地保存了天然新鮮食品的色香味及營養(yǎng)價值；灌裝食品的原理是依靠密封殺菌，達(dá)到商業(yè)無菌要求，不需要也不允許加入任何防腐劑。罐裝材料主要分為鍍錫薄鋼板和鋁材，由于鋁材制罐具有重量輕、無氣味無毒害、易于加工和再回收利用等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為罐裝飲料的主流，但同時，鋁材機(jī)械性能較低，需要在罐裝過程中對罐內(nèi)注入安全惰性氣體，增強(qiáng)罐體機(jī)械強(qiáng)度，達(dá)到利于運(yùn)輸流通的目的。

在線內(nèi)壓檢測機(jī)就是利用正常品罐內(nèi)具有一定壓力這一特征，對在線高速運(yùn)動的每一罐密封殺菌后的飲料罐內(nèi)壓進(jìn)行檢測，對于在灌裝、殺菌過程中密封性已經(jīng)不良的產(chǎn)品（低于低限壓力）和可能會在銷售運(yùn)輸過程中產(chǎn)生爆裂（高于高限壓力）的產(chǎn)品給予剔除，從而保證進(jìn)入包裝之前都是密封性能良好，罐內(nèi)壓力適中的產(chǎn)品。

內(nèi)壓檢測機(jī)測量原理圖

內(nèi)壓檢測機(jī)的基本工作原理如下：經(jīng)過罐裝封口再高溫殺菌后的產(chǎn)品，被輸送帶引導(dǎo)進(jìn)入內(nèi)壓檢測機(jī)，兩條對稱柔軟皮帶將“被檢罐”夾持向前方運(yùn)送，罐子在通過測力傳感器時，一瞬間將內(nèi)部壓力傳導(dǎo)給測力傳感器，控制器采集到單個罐子在通過測力傳感器的一個周期內(nèi)足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)，構(gòu)成完整的壓力波形，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)經(jīng)過算法可以得到該罐產(chǎn)品的內(nèi)壓值，再通過對比“高限”與“低限”參數(shù)，決定是否剔除該產(chǎn)品。

VIPA 313-5BF13

VIPA SLIO CPU015

加多寶內(nèi)壓檢測機(jī)現(xiàn)場圖片

原有控制系統(tǒng)是歐洲進(jìn)口設(shè)備自帶的專用控制器，備件成本很高，后改造成德國某知名品牌PLC系統(tǒng)，其內(nèi)部高速中斷最快只有1ms，而且受到運(yùn)算處理速度的局限，實際采樣周期最快只能達(dá)到>3ms，生產(chǎn)線勉強(qiáng)能達(dá)到600罐/分鐘的速度，但因采樣點(diǎn)少誤差大，造成剔除裝置的誤打率較高，浪費(fèi)嚴(yán)重，內(nèi)壓檢測機(jī)成為整條生產(chǎn)線的瓶頸，生產(chǎn)效率上不去，因此加多寶的技術(shù)人員一直在調(diào)研能滿足這一應(yīng)用需求的PLC產(chǎn)品，要求如下：模塊反應(yīng)時間短，模擬量轉(zhuǎn)換快，CPU采樣周期短、運(yùn)算速度高，成本不要太高。經(jīng)過雙方反復(fù)論證與在線實驗，VIPA 313-5BF13真正實現(xiàn)了1ms的采樣周期，將采樣點(diǎn)數(shù)提高了近4倍，檢測精度明顯改善，有效降低了誤打率，大幅減少了浪費(fèi)；更可喜的是，選用VIPA SLIO系列CPU 015以及高速信號模塊構(gòu)建的系統(tǒng)，采樣頻率又可以比VIPA 313-5BF13提高4倍，背板傳輸速率、模擬量轉(zhuǎn)換時間等技術(shù)指標(biāo)也大幅提升，系統(tǒng)采樣周期可達(dá)到250微秒，完全能夠滿足1200罐/分鐘生產(chǎn)線的需求。至此，基于SPEED7處理器技術(shù)的VIPA 300S和SLIO系列PLC的優(yōu)異性能得到了充分驗證，并逐步在加多寶各個工廠推廣使用。

目前，加多寶已經(jīng)在多個工廠的內(nèi)壓檢測機(jī)上使用了VIPA的PLC控制系統(tǒng)，內(nèi)壓檢測機(jī)效率的提升，有效提高了整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，隨著越來越多的檢測機(jī)選用VIPA產(chǎn)品，必將對增強(qiáng)加多寶的市場競爭力產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。更有意義的是，這一應(yīng)用成果完全可以推廣至食品飲料行業(yè)的同類設(shè)備制造商，有了VIPA的SPEED7技術(shù)的支持，用戶只需投入較低的成本，即可帶來倍增的效益，解決困擾企業(yè)的瓶頸，助力企業(yè)增強(qiáng)競爭力。

精彩提煉

中國食品飲料行業(yè)對PLC的需求量還有很大的上升空間

鄭京生：中國是世界第一人口大國，對食品飲料的剛性需求持續(xù)而穩(wěn)定，隨著生活水平的不斷提高，人們對食品飲料的品質(zhì)要求越來越高，國家對食品安全相關(guān)政策也日益嚴(yán)格。近年來，受下游市場需求穩(wěn)定增長和消費(fèi)升級的帶動，食品飲料機(jī)械市場總體向好，即便是世界經(jīng)濟(jì)形勢不好的2009、2012和2015年，本行業(yè)也沒有出現(xiàn)大幅下滑。隨著中國制造水平的不斷提高，本行業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備國產(chǎn)化占比將進(jìn)一步加大，東南亞、非洲等中國食品機(jī)械設(shè)備主要出口市場也會隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇逐漸恢復(fù)。此外，食品飲料高端進(jìn)口設(shè)備多數(shù)采用PLC控制系統(tǒng)，而國內(nèi)企業(yè)數(shù)量巨大，中小規(guī)模民營企業(yè)居多，機(jī)械自動化水平參差不齊，使用PLC進(jìn)行控制的只占到10%左右，而且多以小型PLC為主，像加多寶內(nèi)壓檢測機(jī)這類高端設(shè)備或大型生產(chǎn)線，需要用到中大型PLC系統(tǒng)。隨著《中國制造2025》的落地，出于形勢倒逼和自身發(fā)展的雙重驅(qū)動，越來越多的設(shè)備廠家會加大技術(shù)創(chuàng)新的投入，從而帶動PLC和整個自動化產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，因此，中國食品飲料行業(yè)對PLC的需求量還有很大的上升空間，未來的發(fā)展前景廣闊。

VIPA在食品飲料行業(yè)的核心優(yōu)勢

鄭京生：VIPA的核心優(yōu)勢在于SPEED7技術(shù)，高速高效是SPEED7技術(shù)的主要特征，在食品飲料行業(yè)我們有非常成功的應(yīng)用，除了前面提到的加多寶內(nèi)壓檢測機(jī)的應(yīng)用，還以VIPA 300S架構(gòu)實施了國內(nèi)最高速的電子閥啤酒灌裝設(shè)備控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了VIPA專有的SPEED BUS技術(shù)，背板傳輸速率高達(dá)64Mbit/s，再配合微秒級的高速信號模塊，極大地縮短了信號輸入輸出時間，此方案對于信號量巨大的大型生產(chǎn)線優(yōu)勢明顯。對于中型系統(tǒng)，VIPA有SLIO系列智能控制與I/O系統(tǒng)，本系統(tǒng)同樣基于SPEED7技術(shù)平臺，CPU具有納秒級的運(yùn)算速度，數(shù)據(jù)傳輸采用由SMC1000與SNAP+芯片組構(gòu)建的SLICE-BUS高速背板總線，傳輸速率為48Mbit/s，模塊反應(yīng)時間可達(dá)20μs，配備所有歐美標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線的耦合器，可靈活配置于不同的應(yīng)用，CPU和從站均可直接連接64個模塊。SLIO系統(tǒng)的CPU，標(biāo)配以太網(wǎng)PG/OP接口，無需適配器，普通網(wǎng)線即可輕松實現(xiàn)組態(tài)編程以及與上位機(jī)或HMI通訊；提供高性能PROFINET控制器接口，允許連接最多128個設(shè)備，當(dāng)然這個接口也可以用作標(biāo)準(zhǔn)的主動連接以太網(wǎng)接口；用戶不用單純依賴于某一個編程工具，可以選擇自己最熟悉的工具：SPEED7 Studio、SIMATIC Manager或TIA Portal，VIPA的SPEED7技術(shù)平臺具有這種靈活性，而且會保持這種靈活性；最獨(dú)具一格的特點(diǎn)是，通過專用的VSC卡可以靈活地對CPU的工作內(nèi)存與PROFIBUS主/從站接口進(jìn)行配置，從014和015兩個CPU演化出24個版本，使它恰好適用于實際的應(yīng)用，資源不少也不多，從而最大限度地降低用戶的備件庫存成本，而完成這種配置只需要幾秒鐘。SLIO具有很多突出的技術(shù)優(yōu)勢，它可以廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)線和檢測系統(tǒng)，它的高速高效高靈活性，會給用戶帶來前所未有的全新體驗。

德國惠朋自動化有限公司中國區(qū)銷售總監(jiān)　鄭京生

針對食品飲料行業(yè)大量采用微小型PLC的特點(diǎn)，VIPA一方面以現(xiàn)有的300S和SLIO系統(tǒng)鎖定中高端應(yīng)用市場，另一方面也正在加緊開發(fā)基于SPEED7技術(shù)平臺的適合低端應(yīng)用的微小型PLC系統(tǒng)，預(yù)計2016下半年投放市場；同時，VIPA以PLC產(chǎn)品為核心，分別向上下游擴(kuò)展和豐富自身的產(chǎn)品線，向上即將推出可視化系統(tǒng)編程平臺SPEED7 Studio，這對VIPA來說具有里程碑的意義，此平臺是VIPA全自動化系統(tǒng)解決方案的基礎(chǔ)，向下即將推出步進(jìn)、伺服和脈沖輸出等功能模塊，8軸、20軸的運(yùn)動控制器正在研發(fā)中，配合安川的驅(qū)動產(chǎn)品，VIPA將正式涉足運(yùn)動控制領(lǐng)域。不久的將來，VIPA將為廣大OEM廠商提供包括運(yùn)動控制在內(nèi)的，極具性價比優(yōu)勢的系統(tǒng)解決方案。