摘要：為適應市場(chǎng)需求提高紙尿褲生產(chǎn)設備的各項性能，Lenze以運動(dòng)控制器為核心，采用基于以太網(wǎng)協(xié)議并優(yōu)化了過(guò)程數據的EtherCAT通訊標準組態(tài)控制多軸同步系統，在伺服電機運行時(shí)，通過(guò)簡(jiǎn)單的增益調整即可顯著(zhù)降低跟隨偏差，從而實(shí)現高精度的同步運行，無(wú)論在設備的頻繁加減速或者高速運行過(guò)程中均可精確跟隨，不增加額外的廢品率，從而保證設備的穩定性，這一特點(diǎn)使Lenze產(chǎn)品在同等伺服系統中脫穎而出，并且隨著(zhù)公司產(chǎn)品的不斷推陳出新，新一代伺服驅動(dòng)器i700系列將具備更加優(yōu)異的性能和更高的性?xún)r(jià)比，在不久的將來(lái)在紙尿褲行業(yè)必將得到廣泛的使用。

    關(guān)鍵字：紙尿褲 衛生用品 多軸同步 運動(dòng)控制 增益調整 跟隨偏差 Lenze標準功能模板

    1 前言

    隨著(zhù)生活水平的提高，人們對快速消費品的需求日益增強，對一次性衛生用品需求尤甚。近十年來(lái)國內一次性衛生用品行業(yè)歷經(jīng)產(chǎn)生、發(fā)展、繁榮、并于近年趨近飽和，市場(chǎng)的繁榮使產(chǎn)業(yè)結構歷經(jīng)革新，衛生巾、紙尿褲行業(yè)已經(jīng)重新整合，淘汰了小型作坊，成就了品牌價(jià)值，紙尿褲、衛生巾、寵物護墊、止血墊等產(chǎn)品已成為尋常消費品并進(jìn)入穩定消費時(shí)期。市場(chǎng)需求帶動(dòng)生產(chǎn)技術(shù)的逐漸成熟，如何降低生產(chǎn)成本及環(huán)保節能將成為各生產(chǎn)商的利益競爭點(diǎn)，為了適應需求，生產(chǎn)商對設備制造商提出了更高的技術(shù)要求，無(wú)論是設備的生產(chǎn)速度、穩定性、以及衛生安全等方面都需要進(jìn)一步提高，原有的機械結構和控制系統需要不斷升級，自動(dòng)控制系統的設計也必將更新?lián)Q代，多軸同步必將取代純粹的機械傳動(dòng)，高速度高精度的要求對控制器及執行機構的性能要求更加苛刻，Lenze產(chǎn)品以其優(yōu)異的性能、靈活的配置、高精確度、高動(dòng)態(tài)響應、更強的過(guò)載能力以及節能等特點(diǎn)符合紙尿褲行業(yè)發(fā)展的各項需求。

    2 紙尿褲設備的結構

      市場(chǎng)競爭促進(jìn)設備產(chǎn)能不斷提高，在國內紙尿褲生產(chǎn)設備的機械制造工藝和自動(dòng)化控制系統不斷升級。經(jīng)歷了單一機械傳動(dòng)、變頻多軸同步以及全伺服同步控制的技術(shù)革新，對材料的裁切精度，吸收體進(jìn)料精度和芯體克重的控制要求不斷提高，如何制造出更薄、吸收性更強的產(chǎn)品來(lái)提升用戶(hù)體驗，順應市場(chǎng)需求，甚至對客戶(hù)定制產(chǎn)品如何以最低的材料損耗生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品，這些均已成為市場(chǎng)上有力的競爭手段。紙尿褲設備如下圖所示： 

    圖1嬰兒紙尿褲設備
 

     生產(chǎn)工藝： 

    圖2紙尿褲工藝流程
 

    3 Lenze產(chǎn)品簡(jiǎn)介

    Lenze是業(yè)界最具創(chuàng )新性的企業(yè)之一，以驅動(dòng)和自動(dòng)化為核心競爭力，紙尿褲設備采用其ECS系列伺服控制器組成的多軸同步控制系統，每個(gè)驅動(dòng)器配置EtherCAT高速通訊模塊，采用RJ45標準接口的工業(yè)級網(wǎng)線(xiàn)與3200系列運動(dòng)控制器組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò )，建立分布式時(shí)鐘刷新通訊數據，驅動(dòng)端采用Lenze 93系列供電模塊集中提供600V直流母線(xiàn)電壓，可在保證穩定性的同時(shí)為客戶(hù)節約了成本并提升了設備競爭力，供電側連接制動(dòng)單元妥善處理緊急剎車(chē)時(shí)的能量回饋和熱量消耗，從而保證了設備的安全性及可靠性。

    3.1 3200運動(dòng)控制器

    最小1毫秒的運行周期，支持CANOpen、EtherCAT、Profibus等標準通訊協(xié)議，可以組態(tài)分布式IO系統I/O 1000，實(shí)時(shí)控制負載的運行，PLC Designer是3200PLC的編程軟件，Lenze產(chǎn)品的組態(tài)編程均可在這個(gè)軟件下完成，初學(xué)者只需熟悉簡(jiǎn)單的編程技巧即可靈活應用，極大縮減了程序的開(kāi)發(fā)周期。

    3.2 ECS伺服模塊

    伺服本身提供兩種反饋方式可供選擇，充分體現了Lenze伺服的靈活性，內部運算精度可達216，完全滿(mǎn)足設備的高精度控制要求。庫卡機器人的成熟應用早已證明了這是一款性能杰出的產(chǎn)品，完全適應大型設備環(huán)境下的要求。

    3.3 MCA異步伺服電機

    Lenze 的MCA異步伺服電機，通過(guò)直接輸入電機C86參數號即可得到正確配置，甚至無(wú)需參數的自動(dòng)識別，電機特性只需簡(jiǎn)單調試三環(huán)控制即可改善多軸系統的跟隨性能。

    4 Lenze ECS多軸同步系統解決方案

    Lenze驅動(dòng)系統解決方案在合作伙伴培新機械得到了成功應用，以600片全伺服嬰兒紙尿褲為例，系統以3200運動(dòng)控制器為核心，組態(tài)控制46臺ECS伺服控制器，其中跟隨虛軸做同步運行的電機實(shí)現材料的輸送、分切、色標定位，獨立控制的電機實(shí)現材料開(kāi)卷甚至成品堆垛和入袋裝箱部分的應用。運動(dòng)控制邏輯部分采用Lenze標準功能模板，提高了程序的通用性、重復利用和可移植性。系統采用分布式時(shí)鐘同步，確保軸模塊可周期性接收到位置信息并同步刷新控制數據，保證了同步軸的精確跟隨，模態(tài)軸的建立使跟隨軸的位置周期性清零，有效避免了累計誤差的產(chǎn)生。

    控制程序和設備參數全部存儲在3200標配的存儲卡內，即使發(fā)生了故障，只需備份卡內數據，待更換新的控制器后插卡上電，控制器即會(huì )自動(dòng)裝載數據并運行程序，通過(guò)狀態(tài)指示燈即可判斷PLC的運行狀態(tài)，極大提高了設備的升級及維護效率。高度集成的程序設計軟件PLC-Designer可完成整個(gè)項目的組態(tài)、調試工作，讓各個(gè)軸的操作及運行數據變得一目了然，同時(shí)控制器也具備Web遠程協(xié)議功能，只需搭建互聯(lián)網(wǎng)遠程訪(fǎng)問(wèn)終端即可實(shí)現對設備的實(shí)時(shí)監控，方便OME客戶(hù)隨時(shí)掌握設備的運轉情況。系統結構圖：
 

圖3系統拓撲結構
 

    5 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

    1. 全新的運動(dòng)控制器3200，搭載Intel Atom1.6G高速處理器，集成了邏輯、運動(dòng)控制功能，分級存儲區域用來(lái)裝載人機界面程序，摒棄了傳統的總線(xiàn)通訊方式，加快了交互處理速度，縮減了人機界面的響應時(shí)間。

    2. 實(shí)軸跟隨虛軸模態(tài)運行，周期性復位軸的位置信息，避免產(chǎn)生累積誤差，保證切刀及輸送軸的精度。

    3. 采用集中供電，降低了系統的故障率，減少維護時(shí)間，制動(dòng)斬波器在設備頻繁改變速度時(shí)反饋能量并將剩余部分以熱能形式散發(fā)掉，

    4. 異步伺服電機的慣量特性使設備長(cháng)時(shí)間運行性能發(fā)揮更加出色。

    5. 遠程訪(fǎng)問(wèn)功能只需簡(jiǎn)單地搭建Web訪(fǎng)問(wèn)的軟硬件平臺，遵循相關(guān)協(xié)議即可使原始設備制造商隨時(shí)掌握機器的運行情況，必要時(shí)可以遠程診斷、調試甚至對設備進(jìn)行升級。

    6 發(fā)展趨勢

    Lenze運動(dòng)控制器3200可帶多達64軸，更可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )變量連接構成多CPU系統，能夠帶上百甚至更多根軸，完全勝任目前紙尿褲行業(yè)所有類(lèi)型的設備；公司的新一代驅動(dòng)器i700系列，采用新穎的設計包括單、雙軸模塊，支持EtherCAT高速總線(xiàn)，堪比9400HighLine系列的伺服性能卻擁有更高的性?xún)r(jià)比，搭配3200PLC的應用將會(huì )在紙尿褲的應用上取代原有方案。同時(shí)Lenze整合了PLC Open標準功能并二次開(kāi)發(fā)了Lenze標準功能模板（Fast module），進(jìn)一步簡(jiǎn)化了運動(dòng)控制程序的設計，打包的標準功能包括跟隨、同步、飛剪、滾切、色標糾偏、套色印刷、收放卷等功能，涵蓋了主流的應用并且仍然繼續補充，顯著(zhù)地縮短了用戶(hù)程序的開(kāi)發(fā)、調試周期，便于程序的循環(huán)利用及項目歸檔。