自動化的VFFS機台可將生產力發揮到極致
- 林稼弘
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從液體到固體、顆粒到粉末，以及從農產品到易腐食品，直立式成形充填封口(VFFS)機台在使用和消費的物品保鮮包裝應用中扮演重要角色。設計、開發和提供這類設備的機台製造商要面對各種不同的挑戰。他們設備必須採用模組化的設計且具備可擴充性，而且擁有適合特定客戶應用並能滿足當地市場需求的機台功能。機台製造商也必須縮短機台設計與開發的時間。此外，他們的機台必須具備成本效益。
這是因為使用者預期VFFS機台能夠充分發揮出機台的速度和產能，並且提供最高品質的產出。他們對於機台在高速運作以及包裝袋長度可變的條件下有嚴格的準確性需求。另外，儘管構造複雜，但他們表示機台必須容易進行維護和操作。更重要的是，機台必須具備彈性。
週期性運動機台
VFFS機台是自動裝配生產線的包裝系統，擁有週期性或連續運動的設定可供使用。這些機台將產品注入成型袋，然後將內容物密封。成型袋的包裝材料具有彈性，而且通常為熱封膠，另外也會使用紙，並且用膠密封。
這種機台在運作時，產品會透過成型管進入VFFS系統。成型器為了解決這些挑戰，機台製造商利用微型可程式控制器來設定其VFFS系統，並藉由可協助自動化與改善機台運作的其他解決方案將效能最佳化。forming collar會將扁平的收縮膜製作成收縮膜套管，而低摩擦的滾輪會將收縮膜導向成型區。垂直的封口棒會將熱封膜套管的邊緣密封在一起。接著收縮膜輸送帶會將收縮膜從成型區拉出。如果收縮膜已經印上圖案，可將登錄感應器加入系統，以針對收縮膜的位置進行修正，讓圖案與成型袋末端保持在正確的相對位置。十字封口鉗會在成型袋的頂端和底端產生封口，並將密封的成型袋從空的成型袋切下。
週期性運動機台會按照容器收縮膜在移動時製作成型袋垂直封口，以及收縮膜停止時出現水平封口的原則運作。週期性運動機台可為速度並非主要需求的應用提供合適的解決方案。另一方面，連續運動機台會按照收縮膜在移動時同時製作成型袋垂直和水平封口的原則運作。這些機台會以可達到的最高速度運作，而且需要往復式封口鉗的運動格式。
有利競爭
洛克威爾自動化機台應用工程經理Shuqing Yuan解釋，洛克威爾自動化的Micro850可程式控制器除了軟體、變頻器和人機介面(HMI)外，還可在機台製造商開發VFFS機台時提供具有成本效益的控制解決方案。Yuan表示，Micro850可讓使用者選擇其機台所需的特定效能與功能，藉此將機台成本最佳化。
控制器可透過嵌入式數位輸入？輸出(I/O)，提供多達6個高速計數器輸入和多達3個脈衝串輸出(PTO)的支援。此設備可以在多達5個Plug-In(類比和數位輸入？輸出(I/O)、備份記憶體、隔離式序列埠、SMS、秤重刻度等)提供的支援下進行擴充。此外，機台製造商可以新增多達4個擴充輸入？輸出(I/O)模組，以及多達132個數位輸入？輸出(I/O)點，其中包括高密度數位輸入？輸出(I/O)以及高準確性的類比輸入？輸出(I/O)。
除此之外，觸碰式探針(Touch Probe)功能區塊具備特殊的硬體，可以實現精確定位的登錄。這對需要在高速運動下進行精準定位的VFFS等應用非常實用。相較於伺服驅動器的擷取登錄，觸碰式探針功能區塊可以靈活執行登錄後距離調整、嚴格且直接的控制、更好的診斷與監控。
Yuan補充說明，Micro850擁有功能豐富的介面。這個控制器擁有嵌入式USB程式設計連接埠、序列埠(RS232/485)和10/100 Base-T乙太網路；支援嵌入式序列埠和序列埠Plug-In的Modbus RTU和CIP序列通訊協定；支援CIP Symbolic乙太網路EtherNet/IP通訊協定的簡化PanelView Component HMI連線；以及可以和其他人機介面(HMI)連線的Modbus TCP通訊協定，還有可以從監管控制器收集資料等RTU應用。
稱為簡單機械整合軟體(CCW)的單一程式設計軟體，可以簡化Micro850控制器、PowerFlex變頻器和PanelView Component HMI，以及其他Allen-Bradley裝置等機台裝置的安裝、設定、連線與維護。CCW可為梯形圖、功能區塊圖或結構化文字的程式設計提供內建指令支援的選擇。另外也支援使用者定義的功能區塊(UDFB)，以建置可提升程式碼重複使用性的模組化程式碼。
例如，PowerFlex drive UDFB可以利用RS485提供直覺式的變頻器控制介面，而不必了解Modbus RTU通訊詳細資料。而在進階運動控制方面，CCW軟體可提供協助進行設定的圖形化座標設定畫面。Yuan解釋，座標軸是以使用者定義的定位單位(例如：mm、cm)加以定義。運動控制程式設計可以透過直覺式的「首頁(Home)」、「移動速度(Move Velocity)」、「移動絕對(Move Absolute)」和「移動相對(Move Relative)」等可程式控制器(PLC)開放式運動控制功能區塊(MCFB)輕鬆使用。
CCW軟體可以輕鬆擷取和安裝，而且是免費提供。此外，機台製造商可以利用簡單機械整合加速器工具箱，提供使用者在進行機台設計時建置常用控制作業所需要的資訊。這些工具包括相容材料清單、面板配置與佈線圖(可以在CAD軟體中使用)，預先寫入的控制程式，簡單的人機介面(HMI)畫面(包括診斷)，快速入門手冊，以及最佳實務範例。
Micro850結合其他的洛克威爾自動化解決方案，可協助降低VFFS機台設計、開發與交貨的總成本。根據Yuan的說法，Micro850可讓6通道的週期性VFFS測試機台產能達到每分鐘360個成型袋。
Yuan總結：「Micro850可利用快速印製標記登錄等內建功能來提高機台的效能。Micro850可利用既有的工具和範本，以及功能強大的指令集來縮短機台開發時間。此外，機台的功能可以配合使用者選擇各種擴充和Plug-In模組選購品進行擴充。整體而言，這個解決方案可以讓機台製造商大幅提升經營績效。」 (本文由洛克威爾自動化提供，林稼弘整理)
