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制造設(shè)備的“基石”，保障運(yùn)行的“后盾”

——西門子TIA解決方案助力廣州西力打造高效吹灌旋一體機(jī)

炎炎夏日，一瓶冰鎮(zhèn)飲料是好的消暑良方。它們不但清涼解渴，而且便于攜帶，這在很大程度上得益于塑料瓶（PET瓶）的出現(xiàn)和普及。這種光亮度和質(zhì)感與玻璃相似卻又比玻璃輕便廉價(jià)的新包裝很快風(fēng)靡起來，占據(jù)了飲料包裝生產(chǎn)行業(yè)的大半江山。

塑料瓶裝飲料的生產(chǎn)在包裝環(huán)節(jié)需要經(jīng)過吹瓶、灌裝和旋蓋三個步驟，然后才能裝箱運(yùn)輸?shù)较M(fèi)者手中。廣州西力機(jī)械有限公司作為行業(yè) ，從1997年就開始從事吹瓶機(jī)的生產(chǎn)，也是國內(nèi)研制旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)的廠商之一。

公司集開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造及銷售于一體，不但在PET吹灌旋一體機(jī)的生產(chǎn)上*于同行，還專業(yè)從事旋轉(zhuǎn)式與直線式吹瓶設(shè)備及吹塑整線的配套工程，到現(xiàn)在已經(jīng)積累了十幾年的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。

“原來我們主要生產(chǎn)的是直線式吹瓶機(jī)，吹、灌、旋的過程是分開的，效率比較低。如今，在西門子控制系統(tǒng)的幫助下，我們自主研發(fā)了20腔48000吹灌旋一體機(jī)。這種把吹瓶、灌裝和旋蓋集成一體的設(shè)備，減少了傳送、空瓶處理等中間環(huán)節(jié)，降低交叉污染，從而改善包裝衛(wèi)生條件。這不但提高了整體運(yùn)轉(zhuǎn)效率，能耗也大幅度下降，我們的客戶都很滿意。”西力公司的技術(shù)總監(jiān)白寶雄自豪地說。

西門子TIA助力生產(chǎn)吹灌旋一體機(jī)

看著白總現(xiàn)在意氣風(fēng)發(fā)的樣子，很難想象在大半年前他還在為如何提升吹瓶機(jī)的效率而愁眉不展。隨著市場的發(fā)展，傳統(tǒng)的直線式吹瓶機(jī)已經(jīng)無法滿足日益增長的需求。如何改造傳統(tǒng)的生產(chǎn)線以提高生產(chǎn)效率？這是西力的整個技術(shù)團(tuán)隊(duì)反復(fù)思考的問題。

經(jīng)過研究，大家發(fā)現(xiàn)原來的設(shè)備里，吹瓶機(jī)、灌裝機(jī)和旋蓋機(jī)是分開的，中間用一條四五百米的輸送道進(jìn)行連接。這四五百米的距離不是直線延伸，而是在廠房里拐了好幾個彎。結(jié)果就是既占空間，又會出現(xiàn)卡瓶的現(xiàn)象。若是能將這三個步驟合成一個，在生產(chǎn)線上做減法，豈不是能省去中間的傳送距離，大大提高效率？

這一思路如何實(shí)現(xiàn)？三種設(shè)備連接后如何同步？設(shè)備之間怎樣即時(shí)通訊？都是技術(shù)上亟待解決的難題。因?yàn)楹臀鏖T子多年以來建立的良好合作關(guān)系，白寶雄*時(shí)間想到了向老朋友求助。于是，在西門子全集成自動化（TIA）解決方案的幫助下，難題迎刃而解。

設(shè)備如何同步？

在充分考慮西力的需求后，西門子為吹灌旋一體機(jī)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)由以下幾個單元組成：主電柜、理瓶機(jī)、旋轉(zhuǎn)體、灌裝機(jī)?？刂葡到y(tǒng)的核心——可編程控制器（PLC）采用新一代的 Simatic S7-1500 控制器，性價(jià)比*。

由于吹瓶機(jī)與灌裝機(jī)結(jié)合在一起，空間分布廣，I/O點(diǎn)數(shù)較多，為了減少布線成本，減低電磁干擾，因此采用分布式控制。

具體來說，就是以S7-1500為主站，理瓶機(jī)、灌裝機(jī)分別各以一個ET 200SP（分布式I/O）作為分布式從站，旋轉(zhuǎn)體以一個帶CPU的ET 200SP作為分布式智能從站。

這就好比原來系統(tǒng)里各個設(shè)備是群龍無首的小兵，現(xiàn)在要把小兵們編成小隊(duì)，每個小隊(duì)有個小頭目，所有的小隊(duì)又要選出一個總指揮官。等打仗的時(shí)候，小兵聽小頭目命令，小頭目聽總指揮的命令，大家行動起來整齊劃一。

但問題是即使有了統(tǒng)一的指揮官，又如何能保證吹瓶和灌裝這兩個小隊(duì)在行動上**呢？若是兩者的速度稍有差異，豈不是整個生產(chǎn)都亂了套？

S7-1500 PLC結(jié)合西門子運(yùn)動控制器Simotion，*的兼顧邏輯控制任務(wù)與高端運(yùn)動控制功能。為了讓各自采用獨(dú)立驅(qū)動裝置的吹瓶機(jī)和灌裝機(jī)保持速度*，用吹瓶機(jī)驅(qū)動作為主軸，由G120變頻器驅(qū)動，裝機(jī)驅(qū)動作為從軸，由Simotion D內(nèi)部集成的S120伺服驅(qū)動器驅(qū)動，在吹瓶機(jī)出瓶機(jī)械手處安裝編碼器，接入D410編碼器接口，用于檢測主機(jī)的速度和位置，實(shí)現(xiàn)主從同步。

設(shè)備如何通訊？

隊(duì)伍編好了，行動也*了，接下來的問題就是總指揮官如何給各個設(shè)備傳遞信息。

以前，吹瓶機(jī)旋轉(zhuǎn)體上面電氣信號的傳輸必然會用到滑環(huán)，但由于滑環(huán)是滑動接觸的機(jī)械結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)信號的傳輸有時(shí)會中斷，造成設(shè)備意外停機(jī)，從而給客戶帶來不必要的損失。

“我們曾經(jīng)花了十多萬買了個進(jìn)口滑環(huán)，本想著問題能夠得到解決，但沒想到設(shè)備通訊還是會出現(xiàn)中斷。”白寶雄回憶道，“后來用了西門子的Profinet，情況得到了極大的改觀。”

在西力的吹灌旋一體機(jī)上，無論是主站與從站，還是主站與人機(jī)界面、變頻器之間，都采用了Profinet通訊。只要總指揮官一聲令下，所有的設(shè)備都能即刻收到命令。即使機(jī)器速度提高，也能保證通訊穩(wěn)定，防止意外停機(jī)的發(fā)生。

Profinet讓接口與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口*，可方便地與其他以太網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，不再需要的編程電纜，編程調(diào)試非常方便，快速響應(yīng)，穩(wěn)定可靠。

克服種種難題后，單臺設(shè)備上便完成吹瓶、灌裝、旋蓋整個動作，從而由一體化單機(jī)完成從瓶坯到瓶裝液態(tài)產(chǎn)品的創(chuàng)新包裝技術(shù)誕生了！

革命性的改變

西力的技術(shù)人員欣喜地說：“原來吹瓶、風(fēng)送、灌裝三個區(qū)域的廠房建筑面積約400平米，相應(yīng)的廠房投資要80萬?，F(xiàn)在占地面積只需100平米。”

除了前期的投資，后期的能耗優(yōu)勢也是非常大的。在用水方面，因?yàn)闇p少了空瓶沖洗工序，每年可減少沖瓶水約3萬噸。在用電方面，吹灌旋一體機(jī)不再需要風(fēng)送道，每年能減少用電27萬度。另外，在耗材方面，原來風(fēng)送道損耗非常高，如果是輕量瓶甚至無法實(shí)現(xiàn)風(fēng)送，損耗即使是千分之一，按250個/天計(jì)算，一年也得損耗216000支瓶子。現(xiàn)在取消了風(fēng)送道，不必再擔(dān)心風(fēng)道上碰撞造成的損傷變形，從而可以吹制更輕量的瓶子用于產(chǎn)品包裝，大幅度減少PET原料的使用。

更重要的是，原來的直線式吹瓶機(jī)用了幾年，往往故障不斷，現(xiàn)在整機(jī)除易損件（同步帶）外，壽命長達(dá)10年以上。這在很大程度上得益于西門子全新工程設(shè)計(jì)軟件平臺TIA博途。

西門子TIA保障機(jī)器持續(xù)健康運(yùn)行

TIA 博途代表著軟件開發(fā)領(lǐng)域的一個里程碑，它是*款將所有自動化任務(wù)整合在一個工程設(shè)計(jì)環(huán)境下的軟件。作為業(yè)界*款采用統(tǒng)一工程組態(tài)環(huán)境的自動化軟件，TIA博途具有直觀化的用戶界面和高效的導(dǎo)航設(shè)計(jì)。

博途就像一個負(fù)責(zé)任的私人“醫(yī)生”，一方面可以就地監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀況，隨時(shí)調(diào)試；另一方面，當(dāng)吹灌旋一體機(jī)在客戶工廠投運(yùn)之后，西力還可以通過博途來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)，以減少設(shè)備的停機(jī)時(shí)間，降低客戶損失。

除此之外，在機(jī)器設(shè)計(jì)過程中，客戶還提出了模塊化的設(shè)計(jì)要求，那么不同部分之間就必須通過軟件模塊來實(shí)現(xiàn)相互通訊、協(xié)調(diào)工作。因?yàn)門IA博途一次編程、批量化使用的特色，保證了軟件的標(biāo)準(zhǔn)化，而標(biāo)準(zhǔn)化正是模塊化的基礎(chǔ)。

綜上所述，TIA博途具有許多明顯的優(yōu)勢：首先是在連續(xù)性和統(tǒng)一性上，因?yàn)樗苤С?Simatic S7-1500、S7-1200、S7-300/400和WinAC，采用全符號式編程，因而大大降低了編程和數(shù)據(jù)管理的復(fù)雜程度。其次是在設(shè)計(jì)理念上

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TIA博途將所有自動化軟件工具集成在統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境中，是業(yè)界*款采用統(tǒng)一工程組態(tài)環(huán)境的自動化軟件。而在最重要的技術(shù)創(chuàng)新上，TIA 博途做到了通過直觀化的用戶界面、高效的導(dǎo)航設(shè)計(jì)以及行之有效的技術(shù)實(shí)現(xiàn)周密整合的效果。

多年以來，西力始終把技術(shù)創(chuàng)新作為企業(yè)發(fā)展的核心，已成功為百余家客戶實(shí)施整線解決方案。吹灌旋一體機(jī)作為飲料灌裝和包裝線的關(guān)鍵設(shè)備，將成為西力未來的核心競爭力之一。西門子的TIA解決方案既是客戶制造設(shè)備的基石，又是保證設(shè)備持續(xù)健康的堅(jiān)實(shí)后盾，將助力西力成為具有強(qiáng)大競爭力的領(lǐng)導(dǎo)型企業(yè)！