VIPA SPEED7技术在加多宝罐装饮料在线内压检测系统中的应用

德国惠朋（VIPA GmbH）有限公司北京代表处



VIPA SPEED7技术在加多宝罐装饮料在线内压检测系统中的应用

德国惠朋（VIPA GmbH）有限公司北京代表处

编者按：德国惠朋（VIPA GmbH）公司成立于1985年，总部设在德国南部的Erlangen，技术创新始终是其企业的灵魂与核心理念。公司的发展与创新如影随形，早在2003年惠朋（VIPA）就推出了在业界具有里程碑意义的SPEED7系列PLC专用CPU芯片，SPEED7技术使得VIPA 300S/500S系列CPU至今仍然保持着“基于VIPA WinPLC7或西门子Step7编程的世界上最快的硬件PLC”的美誉。如今，VIPA在食品饮料行业也颇有建树，本篇文章便是VIPA SPEED7技术在加多宝罐装饮料在线内压检测系统中的应用。

灌装食品有很多优点，能在常温下存放和流通，较好地保存了天然新鲜食品的色香味及营养价值；灌装食品的原理是依靠密封杀菌，达到商业无菌要求，不需要也不允许加入任何防腐剂。罐装材料主要分为镀锡薄钢板和铝材，由于铝材制罐具有重量轻、无气味无毒害、易于加工和再回收利用等优点，逐渐成为罐装饮料的主流，但同时，铝材机械性能较低，需要在罐装过程中对罐内注入安全惰性气体，增强罐体机械强度，达到利于运输流通的目的。

在线内压检测机就是利用正常品罐内具有一定压力这一特征，对在线高速运动的每一罐密封杀菌后的饮料罐内压进行检测，对于在灌装、杀菌过程中密封性已经不良的产品（低于低限压力）和可能会在销售运输过程中产生爆裂（高于高限压力）的产品给予剔除，从而保证进入包装之前都是密封性能良好，罐内压力适中的产品。

内压检测机测量原理图

内压检测机的基本工作原理如下：经过罐装封口再高温杀菌后的产品，被输送带引导进入内压检测机，两条对称柔软皮带将“被检罐”夹持向前方运送，罐子在通过测力传感器时，一瞬间将内部压力传导给测力传感器，控制器采集到单个罐子在通过测力传感器的一个周期内足够的数据点，构成完整的压力波形，这些数据点经过算法可以得到该罐产品的内压值，再通过对比“高限”与“低限”参数，决定是否剔除该产品。

VIPA 313-5BF13

VIPA SLIO CPU015

加多宝内压检测机现场图片

原有控制系统是欧洲进口设备自带的专用控制器，备件成本很高，后改造成德国某知名品牌PLC系统，其内部高速中断最快只有1ms，而且受到运算处理速度的局限，实际采样周期最快只能达到>3ms，生产线勉强能达到600罐/分钟的速度，但因采样点少误差大，造成剔除装置的误打率较高，浪费严重，内压检测机成为整条生产线的瓶颈，生产效率上不去，因此加多宝的技术人员一直在调研能满足这一应用需求的PLC产品，要求如下：模块反应时间短，模拟量转换快，CPU采样周期短、运算速度高，成本不要太高。经过双方反复论证与在线实验，VIPA 313-5BF13真正实现了1ms的采样周期，将采样点数提高了近4倍，检测精度明显改善，有效降低了误打率，大幅减少了浪费；更可喜的是，选用VIPA SLIO系列CPU 015以及高速信号模块构建的系统，采样频率又可以比VIPA 313-5BF13提高4倍，背板传输速率、模拟量转换时间等技术指标也大幅提升，系统采样周期可达到250微秒，完全能够满足1200罐/分钟生产线的需求。至此，基于SPEED7处理器技术的VIPA 300S和SLIO系列PLC的优异性能得到了充分验证，并逐步在加多宝各个工厂推广使用。

目前，加多宝已经在多个工厂的内压检测机上使用了VIPA的PLC控制系统，内压检测机效率的提升，有效提高了整条生产线的生产效率，随着越来越多的检测机选用VIPA产品，必将对增强加多宝的市场竞争力产生更深远的影响。更有意义的是，这一应用成果完全可以推广至食品饮料行业的同类设备制造商，有了VIPA的SPEED7技术的支持，用户只需投入较低的成本，即可带来倍增的效益，解决困扰企业的瓶颈，助力企业增强竞争力。

精彩提炼

中国食品饮料行业对PLC的需求量还有很大的上升空间

郑京生：中国是世界第一人口大国，对食品饮料的刚性需求持续而稳定，随着生活水平的不断提高，人们对食品饮料的品质要求越来越高，国家对食品安全相关政策也日益严格。近年来，受下游市场需求稳定增长和消费升级的带动，食品饮料机械市场总体向好，即便是世界经济形势不好的2009、2012和2015年，本行业也没有出现大幅下滑。随着中国制造水平的不断提高，本行业的生产设备国产化占比将进一步加大，东南亚、非洲等中国食品机械设备主要出口市场也会随着经济的复苏逐渐恢复。此外，食品饮料高端进口设备多数采用PLC控制系统，而国内企业数量巨大，中小规模民营企业居多，机械自动化水平参差不齐，使用PLC进行控制的只占到10%左右，而且多以小型PLC为主，像加多宝内压检测机这类高端设备或大型生产线，需要用到中大型PLC系统。随着《中国制造2025》的落地，出于形势倒逼和自身发展的双重驱动，越来越多的设备厂家会加大技术创新的投入，从而带动PLC和整个自动化产业的良性发展，因此，中国食品饮料行业对PLC的需求量还有很大的上升空间，未来的发展前景广阔。

VIPA在食品饮料行业的核心优势

郑京生：VIPA的核心优势在于SPEED7技术，高速高效是SPEED7技术的主要特征，在食品饮料行业我们有非常成功的应用，除了前面提到的加多宝内压检测机的应用，还以VIPA 300S架构实施了国内最高速的电子阀啤酒灌装设备控制系统，该系统采用了VIPA专有的SPEED BUS技术，背板传输速率高达64Mbit/s，再配合微秒级的高速信号模块，极大地缩短了信号输入输出时间，此方案对于信号量巨大的大型生产线优势明显。对于中型系统，VIPA有SLIO系列智能控制与I/O系统，本系统同样基于SPEED7技术平台，CPU具有纳秒级的运算速度，数据传输采用由SMC1000与SNAP+芯片组构建的SLICE-BUS高速背板总线，传输速率为48Mbit/s，模块反应时间可达20μs，配备所有欧美标准工业总线的耦合器，可灵活配置于不同的应用，CPU和从站均可直接连接64个模块。SLIO系统的CPU，标配以太网PG/OP接口，无需适配器，普通网线即可轻松实现组态编程以及与上位机或HMI通讯；提供高性能PROFINET控制器接口，允许连接最多128个设备，当然这个接口也可以用作标准的主动连接以太网接口；用户不用单纯依赖于某一个编程工具，可以选择自己最熟悉的工具：SPEED7 Studio、SIMATIC Manager或TIA Portal，VIPA的SPEED7技术平台具有这种灵活性，而且会保持这种灵活性；最独具一格的特点是，通过专用的VSC卡可以灵活地对CPU的工作内存与PROFIBUS主/从站接口进行配置，从014和015两个CPU演化出24个版本，使它恰好适用于实际的应用，资源不少也不多，从而最大限度地降低用户的备件库存成本，而完成这种配置只需要几秒钟。SLIO具有很多突出的技术优势，它可以广泛地应用于各种机械设备、生产线和检测系统，它的高速高效高灵活性，会给用户带来前所未有的全新体验。

德国惠朋自动化有限公司中国区销售总监　郑京生

针对食品饮料行业大量采用微小型PLC的特点，VIPA一方面以现有的300S和SLIO系统锁定中高端应用市场，另一方面也正在加紧开发基于SPEED7技术平台的适合低端应用的微小型PLC系统，预计2016下半年投放市场；同时，VIPA以PLC产品为核心，分别向上下游扩展和丰富自身的产品线，向上即将推出可视化系统编程平台SPEED7 Studio，这对VIPA来说具有里程碑的意义，此平台是VIPA全自动化系统解决方案的基础，向下即将推出步进、伺服和脉冲输出等功能模块，8轴、20轴的运动控制器正在研发中，配合安川的驱动产品，VIPA将正式涉足运动控制领域。不久的将来，VIPA将为广大OEM厂商提供包括运动控制在内的，极具性价比优势的系统解决方案。