啤酒與飲料工業的挑戰

啤酒與飲料的歷史悠久，與我們生活緊密相關，也是一個充分競爭的市場。對于生產企業來說，由于充分競爭導致價格極低，利潤攤薄，而又因為產能極大，因此，對于生產企業來說，必須在材料、時間、人工、機器利用率等每個環節錙銖必較，否則將陷入虧損，這是一個對自動化要求極高的市場，在整個機械裝備領域，啤酒與飲料最能考驗自動化系統的實力。

圖1-工廠的OEE、TCO和預測性維護需求

OEE是盈利的保障

這是一個關鍵指標，如果用通俗的話來理解，OEE就可以理解為產線能夠為企業盈利的指標，圖2為OEE的構成，對于引發OEE的各個因素，都會導致成本的上升，對應的都是盈利能力。

圖2-OEE是考量產線運營的關鍵指標

?產線必須穩態運行，并能夠降低開機浪費；

?縮短生產等待時間、減速造成的性能浪費；

?設備故障、工藝設置與切換中的可用性浪費；

TCO—總擁有成本 

啤酒與飲料這種行業的投資，必然是一個長期運營的項目，因此，對于產線設備的總擁有成本尤其看重：

?材料消耗：巨大產能讓每1g的材料浪費都會累積出巨大的成本，必須高精度控

 制如瓶子的壁厚；

?能源消耗：每一瓶水分攤的電能、蒸汽、壓縮氣體等消耗；

?人工消耗：高度自動化降低產線人工消耗；

?學習成本：簡單的操作，讓操作人員學習成本降低；

?維護成本：機械磨損、電氣故障等不僅增加維護成本，也增加不良品率帶來的

 成本。

?設備殘值：當設備運行10年后，它還保值嗎？

采購成本并非唯一的考量，面對長周期的投資來說，TCO更有意義的評價指標。

全面預測性維護

預測性維護在軸承、齒輪、電氣傳動等關鍵部件的健康狀態預測非常關鍵，這對于產線的影響表現在幾個方面：

?延長維護間隔時間：讓設備所需的維護間隔更長，讓其處于長期穩定生產，是盈

 利的基礎；

?壽命：從固定資產分攤角度，若壽命超出預期則意味著純投資回報；

?降低非計劃停機浪費

啤酒與飲料機器具有鮮明的特征：

?速度極高，灌裝速度可以達到108,000瓶/小時，乃至更高；

?響應速度，一個吹瓶或灌裝整個過程在100mS級完成；

?設備緊湊，吹瓶/灌裝/旋蓋都是數十個工站安裝于一個生產單元中；

?吹灌旋連線生產，OEE要求高；

?接線少，滑環連接需求等；

?掉電停車功能；

柔性與智能是必需

對于很多產業來說，設備集成與數據分析是今天才開始流行的事情，而對于啤酒與飲料而言，這已經是成熟的技術，生產的MES/ERP集成、過程、批控制與離散包裝集成，對于其它行業來說，才開始，而對于啤酒飲料包裝來說，更為柔性、智能的生產已經成為必需。

貝加萊-啤酒飲料包裝專家

最嚴苛的用戶練就卓越的方案能力

在啤酒與飲料工業，要成為廣泛獲得認可的方案提供商，需要在行業長期的耕耘。頂級用戶，通常對行業有著深刻的理解，并且往往提出最為苛刻的需求，以使得自己在產業中保持持續的領先，而因此對貝加萊這樣的合作伙伴而言，意味著按需設計所需的軟硬件產品、靈活的系統架構設計、工程測試與驗證，以及培養行業專家。通過數十年積累，形成了今天貝加萊在全球啤酒與飲料裝備領域的深厚功底和客戶信任。

軟硬件產品—滿足行業特殊需求

集成控制、顯示、操作于一體的面板

圖3-滿足啤酒飲料工業要求的一體化面板

圖3是滿足行業需求的一體化面板，具有以下特點：

?高性能處理—實時任務與Wndows任務融合

?單電纜-信號、控制、通信于一體；

?IP69K防護等級—可防止水沖洗；

?不銹鋼設計—符合衛生級要求；

?搖臂安裝—自上而下或自下而上；

?多點觸摸-防誤操作設計；

在整個機器的設計中，該款面板既可以作為整機的操作單元，也可以通過統一的電纜連接到一臺工業PC，然后多個面板操作，一個控制單元，或者多個控制的多種組合形式。

在圖4是貝加萊的ACOPOSmotor，它將伺服驅動與電機集成于一體，在啤酒與飲料的吹瓶單元、旋蓋、貼標單元大量應用，因為它滿足這些環境的特殊需求：

圖4-貝加萊ACOPOSmotor與ACOPOSremote高防護等級伺服系統

ACOPOSmotor電機驅動一體化設計

?緊湊安裝；

?單電纜技術—接線簡單；

?mappMotion—編程簡便；

?內置色標功能—貼標應用；

?POWERLINK—高速響應；

?IP65高防護等級-可承受沖洗；

?高階運動控制曲線—機械沖擊小，壽命長；

ACOPOSremote同樣是高防護等級的逆變器，和ACOPOSmotor一樣分布式部署，可以連接各種電機，或直線電機。

吹瓶單元

由瓶胚注塑機預先制作的瓶胚，經過理胚單元、輸送、加熱、到去胚輪，進入吹瓶模具，經過拉伸桿進入，并進行預吹、低壓吹、高壓吹、冷卻排氣的過程，快速完成一個瓶子吹制，拉伸桿提升，開模，就生成一個瓶子，而這個復雜過程僅在100多mS內即需要完成。

圖5-吹瓶單元流程

由貝加萊的ACOPOSmotor控制的伺服拉伸，可以為吹瓶提供高速的動作過程控制，精準而高速，在更為高速，如72000瓶/時以上的吹制中，考慮絲杠的機械磨損，采用直線電機，如圖6，則是由ACOPOSremote來控制第三方電機來實現伺服拉伸動作。

圖6-基于ACOPOSremote控制直線電機用于吹瓶伺服拉伸

灌裝控制單元方案

在啤酒與飲料產品的灌裝中，各種液體的粘度、密度、含氣與否、容積大小，都會對灌裝所需的控制過程，包括閥的動作、灌裝曲線造成變化的影響，而每個灌裝頭，對應多個灌裝閥的開關動作，包括如圖7的系列動作，吹掃、等壓、灌裝（粗灌、精灌過程）、回氣泄壓等過程，這些同樣僅需要在數十毫秒內完成。

圖7-灌裝單元流程簡圖

在灌裝單元，貝加萊的閥島控制器、reACTION技術都是這些高速任務的有力支撐。

圖8-貝加萊針對灌裝控制的技術

閥島控制器

閥島控制專為吹瓶與灌裝閥的控制，可以由總線連接，直接通過簡單的架構實現最為簡便的系統架構，節省接線，編程更為方便，也是貝加萊在啤酒飲料灌裝領域的一大利器。如圖8所示，采用閥島控制器可以節省大量接線，采用CANopen、POWERLINK、PROFINET等總線可以與第三方閥島進行連接。

伺服旋蓋單元

圖9-旋蓋單元

除了像啤酒、汽水類的壓蓋，大部分都采用旋蓋的方式，在這里ACOPOSmotor為每個瓶子提供旋蓋，這里的核心要點在于“精準與快速”的平衡，整個貝加萊ACOPOS家族的每個產品都具有強大的控制能力，在速度環與扭矩環之間快速切換，能夠在高速旋蓋同時又可以確保精準的力量控制。

圖10-基于PLCopen的標準封裝的運動控制模塊

在mappMotion中，專門有針對這樣的速度與扭矩環切換的功能，讓其又快又準。

貼標單元

每種不同的酒或飲料都會需要貼標，而為了與高速產線匹配，大量的圓盤貼標通過高速的貼標，將不同的標簽高速貼上，啤酒會有多個標站提供標簽，這些都需要精準而又高速的控制。

圖11-貼標機伺服旋轉單元

采用ACOPOSmotor構成的多軸同步系統，如圖12所示，可以為每個瓶子提供旋轉，以提升整體貼標效率。

圖12-采用ACOPOSmotor的貼標單元控制系統

熱膜包裝單元

在前面處理完成后，經濟型飲料會采用膜包進行封裝，便于攜帶，或紙包，高級的啤酒或飲料一般用紙箱包裝的方式，這就是大家在超市里看到的飲料的常用包裝方式。

貝加萊的模包控制方案在中國也有長達20年的經驗了，基本上已經在該領域成為標準，早期由ACOPOS伺服驅動系統，后來升級到ACOPOSmulti，或者集成度更高的ACOPOS P3，通常伺服軸從4-15個不等。

圖13-熱膜包裝基本原理圖

OMAC/PackML

OMAC/PackML為來自不同廠商的機器提供了一個統一的UI設計、編程標準、通信交互規約，使得遵循該規范的設備可以實現數據的全廠協同，對于MES系統與機器之間、質量數據、OEE統計實現統一的連接。

圖14-通過PackML實現整線的集成

圖15-PackML的統一UI設計

在貝加萊的OPC UA規約行業規范中支持OMAC/PackML，在mapp的軟件中也支持PackML的編程，以及基于Web的配置，在APROL平臺中也對PackML進行了支持，以便工廠的數據可以以相同的規約匯集。

總結

一表總結貝加萊啤酒與飲料工業解決方案匹配度

從這張表中，我們可以將終端生產企業的需求、機器的需求與貝加萊的解決方案進行匹配，無論在哪個視角，貝加萊都非常了解并提供了所需的軟件、硬件產品技術。

當然，方案少不了貝加萊深通行業的機電工程師的努力，因為，只有硬件、軟件與專家，才能構成整個方案。