編者按：德國惠朋( V I P A Gmb H )公司成立于1 9 8 5年，總部設在德國南部的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(zhuān)用CPU芯片，SPEED7技術(shù)使得VIPA 300S/500S系列CPU至今仍然保持著(zhù)“基于VIPAWinPLC7或西門(mén)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(shù)，本篇文章便是VIPA SPEED7技術(shù)在加多寶罐裝飲料在線(xiàn)內壓檢測系統中的應用。

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(yíng)養價(jià)值；灌裝食品的原理是依靠密封殺菌，達到商業(yè)無(wú)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(wú)氣味無(wú)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(shí)，鋁材機械性能較低，需要在罐裝過(guò)程中對罐內注入安全惰性氣體，增強罐體機械強度，達到利于運輸流通的目的。

在線(xiàn)內壓檢測機就是利用正常品罐內具有一定壓力這一特征，對在線(xiàn)高速運動(dòng)的每一罐密封殺菌后的飲料罐內壓進(jìn)行檢測，對于在灌裝、殺菌過(guò)程中密封性已經(jīng)不良的產(chǎn)品（低于低限壓力）和可能會(huì )在銷(xiāo)售運輸過(guò)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，罐內壓力適中的產(chǎn)品。

內壓檢測機測量原理圖

內壓檢測機的基本工作原理如下：經(jīng)過(guò)罐裝封口再高溫殺菌后的產(chǎn)品，被輸送帶引導進(jìn)入內壓檢測機，兩條對稱(chēng)柔軟皮帶將“被檢罐”夾持向前方運送，罐子在通過(guò)測力傳感器時(shí)，一瞬間將內部壓力傳導給測力傳感器，控制器采集到單個(gè)罐子在通過(guò)測力傳感器的一個(gè)周期內足夠的數據點(diǎn)，構成完整的壓力波形，這些數據點(diǎn)經(jīng)過(guò)算法可以得到該罐產(chǎn)品的內壓值，再通過(guò)對比“高限”與“低限”參數，決定是否剔除該產(chǎn)品。

VIPA 313-5BF13 

VIPA SLIO CPU015

原有控制系統是歐洲進(jìn)口設備自帶的專(zhuān)用控制器，備件成本很高，后改造成德國某知名品牌PLC系統，其內部高速中斷最快只有1ms，而且受到運算處理速度的局限，實(shí)際采樣周期最快只能達到>3ms，生產(chǎn)線(xiàn)勉強能達到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，浪費嚴重，內壓檢測機成為整條生產(chǎn)線(xiàn)的瓶頸，生產(chǎn)效率上不去，因此加多寶的技術(shù)人員一直在調研能滿(mǎn)足這一應用需求的PLC產(chǎn)品，要求如下：模塊反應時(shí)間短，模擬量轉換快，CPU采樣周期短、運算速度高，成本不要太高。經(jīng)過(guò)雙方反復論證與在線(xiàn)實(shí)驗，VIPA 313-5BF13真正實(shí)現了1ms的采樣周期，將采樣點(diǎn)數提高了近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；更可喜的是，選用VIPA SLIO系列CPU015以及高速信號模塊構建的系統，采樣頻率又可以比VIPA 313-5BF13提高4倍，背板傳輸速率、模擬量轉換時(shí)間等技術(shù)指標也大幅提升，系統采樣周期可達到250微秒，完全能夠滿(mǎn)足1200罐/分鐘生產(chǎn)線(xiàn)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(gè)工廠(chǎng)推廣使用。

目前，加多寶已經(jīng)在多個(gè)工廠(chǎng)的內壓檢測機上使用了VIPA的PLC控制系統，內壓檢測機效率的提升，有效提高了整條生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率，隨著(zhù)越來(lái)越多的檢測機選用VIPA產(chǎn)品，必將對增強加多寶的市場(chǎng)競爭力產(chǎn)生更深遠的影響。更有意義的是，這一應用成果完全可以推廣至食品飲料行業(yè)的同類(lèi)設備制造商，有了VIPA的SPEED7技術(shù)的支持，用戶(hù)只需投入較低的成本，即可帶來(lái)倍增的效益，解決困擾企業(yè)的瓶頸，助力企業(yè)增強競爭力。

加多寶內壓檢測機現場(chǎng)圖片

精彩提煉

德國惠朋自動(dòng)化有限公司中國區銷(xiāo)售總監 鄭京生

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而穩定，隨著(zhù)生活水平的不斷提高，人們對食品飲料的品質(zhì)要求越來(lái)越高，國家對食品安全相關(guān)政策也日益嚴格。近年來(lái)，受下游市場(chǎng)需求穩定增長(cháng)和消費升級的帶動(dòng)，食品飲料機械市場(chǎng)總體向好，即便是世界經(jīng)濟形勢不好的2009、2012和2015年，本行業(yè)也沒(méi)有出現大幅下滑。隨著(zhù)中國制造水平的不斷提高，本行業(yè)的生產(chǎn)設備國產(chǎn)化占比將進(jìn)一步加大，東南亞、非洲等中國食品機械設備主要出口市場(chǎng)也會(huì )隨著(zhù)經(jīng)濟的復蘇逐漸恢復。此外，食品飲料高端進(jìn)口設備多數采用PLC控制系統，而國內企業(yè)數量巨大，中小規模民營(yíng)企業(yè)居多，機械自動(dòng)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，像加多寶內壓檢測機這類(lèi)高端設備或大型生產(chǎn)線(xiàn)，需要用到中大型PLC系統。隨著(zhù)《中國制造2025》的落地，出于形勢倒逼和自身發(fā)展的雙重驅動(dòng)，越來(lái)越多的設備廠(chǎng)家會(huì )加大技術(shù)創(chuàng )新的投入，從而帶動(dòng)PLC和整個(gè)自動(dòng)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(lái)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用，除了前面提到的加多寶內壓檢測機的應用，還以VIPA 300S架構實(shí)施了國內最高速的電子閥啤酒灌裝設備控制系統，該系統采用了VIPA專(zhuān)有的SPEED BUS技術(shù)，背板傳輸速率高達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(shí)間，此方案對于信號量巨大的大型生產(chǎn)線(xiàn)優(yōu)勢明顯。對于中型系統，VIPA有SLIO系列智能控制與I/O系統，本系統同樣基于SPEED7技術(shù)平臺，CPU具有納秒級的運算速度，數據傳輸采用由SMC1000與SNAP+芯片組構建的SLICE-BUS高速背板總線(xiàn)，傳輸速率為48Mbit/s，模塊反應時(shí)間可達20μs，配備所有歐美標準工業(yè)總線(xiàn)的耦合器，可靈活配置于不同的應用，CPU和從站均可直接連接64個(gè)模塊。SLIO系統的CPU，標配以太網(wǎng)PG/OP接口，無(wú)需適配器，普通網(wǎng)線(xiàn)即可輕松實(shí)現組態(tài)編程以及與上位機或HMI通訊；提供高性能PROFINET控制器接口，允許連接最多128個(gè)設備，當然這個(gè)接口也可以用作標準的主動(dòng)連接以太網(wǎng)接口；用戶(hù)不用單純依賴(lài)于某一個(gè)編程工具，可以選擇自己最熟悉的工具：SPEED7 Studio、SIMATIC Manager或TIAPortal，VIPA的SPEED7技術(shù)平臺具有這種靈活性，而且會(huì )保持這種靈活性；最獨具一格的特點(diǎn)是，通過(guò)專(zhuān)用的VSC卡可以靈活地對CPU的工作內存與PROFIBUS主/從站接口進(jìn)行配置，從014和015兩個(gè)CPU演化出24個(gè)版本，使它恰好適用于實(shí)際的應用，資源不少也不多，從而最大限度地降低用戶(hù)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，它可以廣泛地應用于各種機械設備、生產(chǎn)線(xiàn)和檢測系統，它的高速高效高靈活性，會(huì )給用戶(hù)帶來(lái)前所未有的全新體驗。

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

摘自《自動(dòng)化博覽》2016年4月刊