★ 深圳市英威腾电气股份有限公司

关键词： 高速糊钉一体机；英威腾；TM700 PLC； DA200A伺服； EtherCAT总线；包装自动化

1   行业背景与技术挑战

1.1   包装行业发展趋势

近年来，随着电子商务、物流配送行业的爆发式增长，瓦楞纸箱包装需求持续攀升。包装行业正朝着高速化、高精度、智能化、柔性化方向快速发展，传统的人工操作和半自动化设备已无法满足现代规模化生产的需求。

纸箱后道加工作为包装生产的关键环节，直接影响产品质量、生产效率和企业竞争力。高速糊钉一体机作为集自动糊盒与自动钉箱功能于一体的高端设备，已成为纸箱加工企业的核心生产装备，市场需求持续增长。

1.2   高速糊钉一体机设备特性

如图1所示， 高速自动糊钉一体机整合了传统分开的“糊箱”和“钉箱”两道工序，通过全自动化流程完成纸箱加工，具体包括：自动送纸、自动折叠与定位、拍齐处理、糊箱/钉箱切换、自动计数与堆叠五大核心工序。

图1 高速糊钉一体机示意图

这类设备生产效率可达60~300片/分钟，远高于传统工艺，能够大幅降低人工成本，提升产品质量和稳定性，是现代包装工业实现规模化、自动化生产的核心装备。

1.3   传统控制系统面临的技术瓶颈

为实现“高速、高精度、高灵活性”的核心目标，高速糊钉一体机对控制系统提出了极高要求，而传统控制系统普遍存在以下瓶颈：

（1）多轴同步控制精度不足：传统脉冲控制方式难以实现多轴高精度同步，直接影响纸箱钉距、定位精度等关键质量指标；

（2）接线复杂故障率高：大量脉冲接线和航空插头使用， 导致电气装配复杂、现场抗干扰能力差，设备稳定性不足；

（3）换单效率低下：依赖手动调节机械部件，换单时间长达30~60分钟，无法适应小批量、多品种的柔性生产需求；

（4）智能化程度低：缺乏完善的参数管理、故障诊断和数据采集功能，难以满足工业4.0升级要求；

（5）调试维护困难：参数调整复杂，高度依赖技术人员经验， 故障排查耗时费力， 设备综合效率（OEE）偏低。

2   英威腾一体化解决方案设计

2.1   方案整体架构

英威腾针对高速糊钉一体机的工艺特点和控制需求， 打造了高度集成化、网络化、智能化的一体化电控解决方案。方案以TM753高性能EtherCAT总线型PLC为控制核心， DA200A/DA180A系列伺服为执行单元， VS系列工业触摸屏为人机交互载体，通过EtherCAT高速实时总线构建全数字化控制网络。

该方案采用单主站多从站架构，通过单根EtherCAT网线串联所有伺服驱动器和I/O模块，取代传统脉冲接线与多PLC分治方案， 实现控制系统的高度集成与协同控制。方案架构图如图2所示。

图2 方案架构图

2.2   核心硬件配置

方案硬件配置基于高速糊钉一体机工艺需求精心选型，兼顾高性能、高可靠性与高性价比：

（1）核心控制器： TM753 PLC，支持32轴EtherCAT总线控制，程序处理速度快，运动控制功能丰富，实现电子凸轮与多轴同步工艺需求；

（2）伺服系统： DA200A系列大功率伺服用于上下带、拍纸、钉头、挡纸等关键轴；DA180A系列小功率伺服用于调整电机等辅助轴，全系配备多圈绝对值编码器；

（3）人机交互：VS 10寸高分辨率触摸屏，搭配物联网模块，支持本地操作与远程数据采集、远程调试，提升维护时效，节约出差成本；

（4）分布式I/O：FL系列I/O模块通过EtherCAT耦合器实现分布式安装，简化现场接线。

2.3   EtherCAT总线控制优势

EtherCAT高速实时总线是本方案的核心技术优势，相比传统脉冲控制方式具有革命性提升：

（1）接线极简：单根网线替代大量脉冲控制线、电源线，整机电柜接线量减少约60%，节约线材、端子及桥架成本；

（2）实时性强：微秒级通讯周期， 确保多轴同步误差≤0.5ms，满足高速运行下的精准协同要求；

（3）抗干扰强：分布式I/O设计，单条线缆长度不超过3米，有效抑制工业现场电磁干扰；

（4）诊断便捷：实时监控总线状态与从站通讯，快速定位故障点，提升维护效率。

3   关键技术创新与性能优势

3.1   基于电子凸轮的核心工艺

拍纸 、 挡纸 、 钉头等所有关键工艺轴均采用电子凸轮（Electronic CAM） 进行规划与控制。各从轴精确跟随虚拟主轴（通常为上下带送纸轴）的相位运动，实现真正的“边走边打”和柔性化的动作曲线调整，这是达成高节拍与高精度的核心算法。

图3  电子凸轮曲线

3.2   智能化管理与人机交互设计

方案提供完善的智能化人机交互功能，大幅提升设备易用性与生产柔性：

（1）一键换单：支持多组生产参数存储， 一键调用实现5分钟快速换单；

（2）在线调参：设备运行中可实时修改钉距、速度等关键参数，不中断生产；

（3）实时监控：可视化界面显示运行状态、产量、效率、订单信息；

（4）故障诊断：中文故障信息实时显示，记录历史报警，快速定位故障原因。

4   方案应用价值与客户收益

4.1   生产效率提升

英威腾方案从多维度显著提升生产效率，为客户创造直接经济价值：

（1）整机效率：较传统方案提升2~3倍，单台设备日产量可达10万~20万片纸箱；

（2）换单效率：5分钟内完成规格切换，远优于传统30~60分钟，适配小批量、多品种订单；

（3）自动化水平：全流程自动化运行，减少人工干预，降低人工成本。

4.2   产品质量保障

方案通过精准控制确保产品质量稳定性与一致性：

（1）精度保障：钉距均匀、定位精准，首钉距误差≤±1mm，产品合格率大幅提升；

（2）适应性强：支持各种厚度、尺寸瓦楞纸板加工，满足食品、物流、烟花等多行业包装要求；

（3）质量统一：伺服位置记忆功能，确保每个纸箱加工参数完全一致，杜绝人为误差。

4.3   成本优化与投资回报

方案从全生命周期角度优化客户成本结构，实现降本增效：

（1）硬件成本：总线架构简化系统配置， 减少器件使用量；

（2）装配成本：接线量减少60%，装配工时缩短，提升设备生产效率；

（3）调试成本：标准化方案与优化参数包， 调试周期缩短70%；

（4）维护成本：统一品牌兼容性强， 故障诊断便捷，降低售后压力。

4.4   智能化与柔性化升级

方案为设备智能化升级奠定坚实基础：

（1）功能柔性：支持糊箱、钉箱、先糊后钉三种模式程序化切换，实现“一机三用”；

（2）数据赋能： 内置物联网模块， 支持生产数据采集、远程监控、预防性维护；

（3）升级便捷：标准化程序架构， 便于设备系列化开发与功能扩展。

设备制造商反馈：方案集成度高，大幅简化电气设计与装配流程，调试简单快捷，有效缩短产品开发周期；设备性能显著提升，核心参数超越行业竞品，增强市场竞争力。

终端用户反馈：设备操作简单，普通工人即可快速上手；生产稳定连续，产品质量高度统一；换单快捷高效，完美适配小批量、多品种生产需求，投资回报周期短。

5   结语

英威腾TM700一体化电控方案通过高性能高可靠硬件+先进软件算法+智能化人机交互的完美结合，为高速糊钉一体机行业提供了完整的控制解决方案。随着包装行业持续向高速化、智能化、柔性化、绿色化发展，高速糊钉一体机设备将迎来更广阔的市场空间。英威腾将以技术创新推动包装产业升级，为设备制造商和终端用户创造更大价值，助力中国包装工业迈向全球领先水平。

摘自《自动化博览》2026年5月刊