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运动控制

在尼普洛 (Nipro),piCOMPACT? 提供了生产医药玻璃包装所需的真空操作环境

  2022年04月25日  

  在德国尼普洛医药包装公司,Piab的piCOMPACT?真空发生器和硅胶波纹吸盘确保生产的持续运行。此应用每日运行32500个周期,每日运行24小时,一周运行七日,是单位时间内运行周期数最高的应用之一——使其成为任何真空发生器在功能和使用寿命方面的终极考验。

  对于制药行业来说,可靠性和效率往往是关键。这对于一次性的带套管玻璃注射器(诸如胰岛素和血栓症注射液的包装,以用于家用治疗)的生产来说也是关键。

  因此,在德国Münnerstadt的尼普洛公司,此前两条生产线上使用的单级发生器被piCOMPACT?真空泵所取代。这些真空泵基于Piab的多级COAX?真空技术,可以将能耗降到最低,同时由于初始真空流量较高,可以提供安全和快速的抓取。通过这种方式,尼普洛每个系统装配的四个piCOMPACT?真空泵(自2020年2月连续运行至今)大大提高了生产的稳定性,从而降低了更换真空泵时的停机时间所导致的能效浪费和空转时间。

  在多级真空发生器中,压缩空气进入泵中,并由一个多尺寸喷嘴和腔室组成的系统进行引导,该系统扮演“压力放大器”的角色。由于喷嘴的直径不同,因此在每个腔室开口处会产生不同的真空度。还有一个共同腔室,其中的真空度更大,因为它汇集了所有其他腔室内的真空度。系统外的大气压强向内压以实现均衡,从而产生了高效的真空流量。

  共同腔室内较高的真空度使橡胶膜或瓣阀关闭腔室开口。唯一一个未密封的腔室是第一个真空室,从而在其中产生最大的真空度。混合压缩空气生成低压,真空流则通过排气口排出。这个过程在毫秒之内就能完成,并随着真空度的上升和下降持续重复。

  多级真空发生器通过专用喷嘴和数个逐级加大的真空发生器,使压缩空气流量在各个受控级中放大,从而充分利用了贮存在压缩空气中的能量。因此,传统的压缩空气对真空流量比例为1:3。即每1cfm 的压缩空气会造成3cfm的真空流量。

  在任何机器人系统中,所选真空发生器发挥着关键作用,因为它对系统性能,速度和正常运行时间产生很大影响。最重要的一个特点是真空发生器的效率。速度(节拍时间)在很大程度上由真空发生器生成安全真空度的速度决定。如果是抓取不同类型的泄露材料(例如圆形或弯曲表面(如在注射器中)),较大真空度下的流量与维持高可靠性同等重要。初始流量对于高速机器确保波纹吸盘快速吸附尤其重要。在相同的能耗下,多级真空发生器技术比单级真空发生器技术的效率高30-50%。多级真空发生器技术唯一做出“牺牲”的地方就是长度稍长的真空发生器模块。使用单级真空发生器时,必须使用一个较大的喷嘴来弥补,以获得相同的性能。这就会导致较高的能耗并需要较大的阀门,从而增加成本。此外,还会在工作过程中产生较大的噪音和更多的热量。

  对于高速应用,例如节拍时间<50-100ms的应用,阀门的速度对整体周期时间会产生较大的影响。直接作用式阀门会消除先导阀的额外进气量(典型的提升阀风格)。由于总体阀门结构中移动部件更少,因此直接作用式阀门改善了MTBF-Mean Time Before Failure(故障前平均时间)。阀门的功率决定了速度。

  带有集成控制的紧凑型真空发生器上使用的大多数阀门都指定采用24V DC电源,它的电压容差很小。终端用户常常不能很好地控制其使用电源的负载。电源电压以及压缩空气的气压常常不合规格。为了最大程度减少停机时间,机器制造商和机器人集成商在选择工作单元时需要密切关注允许的供电电压范围以及/或确认是否采用了其他功能以允许供电电压的波动。自适应PWM(脉冲调变)是一种允许供电电压波动的方法。

  “此外,piCOMPACT?的工作范围要大得多,且相对于我们使用至今的单级真空发生器来说,它对压缩空气中波动的敏感度要更低,”德国尼普洛医药包装公司的项目和工厂工程师补充道。“这一点尤其重要,因为我们的生产是定时的而非连续进行的。除节假日外,我们已经使用Piab的piCOMPACT?真空发生器近一年半,在此期间,我们已经运行了一千五百万次周期而没有出现任何问题。”

  此外,COAX?发生器比其他发生器最多要快两倍,在相同的空气消耗下,产生的真空流量比传统的真空发生器多三倍。即使供气压力低或有波动时,泵单元也可以有较高的真空性能。这一点在德国德累斯顿的弗劳恩霍夫机器工具和成型技术研究所 (Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU) 的独立对比测试中得到了验证。这些都表明,相对于其他制造商的发生器,Piab发生器获得同样真空性能所需的压缩空气要少得多。据此,其可降低压缩空气成本。

  对于最新版本的piCOMPACT?23 SMART,在一个不再需要真空的密封或半密封系统中,节能功能会自动断开气源供给。ES值(即关闭真空发生器时的真空度)以及迟滞(重启前真空度的允许下降值)完全可调。在一个抓取应用周期中,此功能可最多节省90–95%的压缩空气使用量。节能ES系统和自动“ES”真空度检测ALD功能相结合,这种功能会根据实际情况自动设定每个周期中最优的节能ES关闭和重启真空度值。当阀门处于保持位置时,自适应脉冲调变可以降低阀门功率;当阀门状态开始切换时,自适应脉冲调变(A-PWM)使阀门满功率运行,实现最快速响应。自适应脉冲调变确保即使电压出现波动,系统性能也不受影响。因此,自适应脉冲调变大大降低了能耗,实现了更低的温度,提高了装置的坚固性,从而延长了抓取单元的使用寿命。

  “我们对于更换Piab piCOMPACT?真空泵带来的效果非常满意。如果你看总的持有成本并考虑大大增加的使用寿命和更少的停机时间,由于注射器掉落造成的废品较少,以及压缩空气的需求更低,在整个使用寿命内,它的使用比以前的解决方案更具成本效益。”Summarizes Schmitt 从经济效益的角度总结道。

(来源:派亚博)

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