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紙尿褲生產(chǎn)線
整套解決方案
摘要：結(jié)合紙尿褲生產(chǎn)線國(guó)內(nèi)市場(chǎng)情況的分析和生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)要介紹，提出了Lenze伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用于紙尿褲生產(chǎn)線的解決方案。重點(diǎn)分析了倫茨產(chǎn)品在紙尿褲生產(chǎn)線的實(shí)現(xiàn)方法及技術(shù)優(yōu)勢(shì)，展望了紙尿褲生產(chǎn)線未來的發(fā)展方向。
1 前言
隨著中國(guó)人口老齡化高峰的到來、人民消費(fèi)能力的提升以及二胎政策的出臺(tái)，紙尿褲將迎來飛速及持續(xù)發(fā)展的時(shí)代。2015年國(guó)內(nèi)嬰兒紙尿褲的年消費(fèi)量已經(jīng)超過248億片，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)整體消費(fèi)額在700億元以上，到2017年，中國(guó)紙尿褲市場(chǎng)規(guī)模將擴(kuò)大到1200億元。作為L(zhǎng)enze重點(diǎn)行業(yè)之一的消費(fèi)品行業(yè)，團(tuán)隊(duì)成員緊跟市場(chǎng)形勢(shì)，與國(guó)內(nèi)OEM公司共同合作開發(fā)了128軸全伺服高速紙尿褲生產(chǎn)線，集生產(chǎn)、堆疊和包裝于一體，生產(chǎn)速度可達(dá)800片/分鐘，標(biāo)志著Lenze又創(chuàng)造了一項(xiàng)新的行業(yè)里程碑。
2 紙尿褲生產(chǎn)線設(shè)備和工藝簡(jiǎn)介
紙尿褲生產(chǎn)線主要分為嬰兒紙尿褲和成人紙尿褲生產(chǎn)線，生產(chǎn)工藝主要分生產(chǎn)線單元、堆疊和中包單元。圖1為紙尿褲生產(chǎn)線設(shè)備示意圖。生產(chǎn)線主要功能是將防水無紡布、復(fù)合棉芯、高分子材料、導(dǎo)流層無紡布等不同的材料經(jīng)過噴膠處理，逐層復(fù)合后再經(jīng)過弧切、縱向折疊、終切、三折疊和剔廢等工序成為紙尿褲成品，成品通過堆疊過度單元進(jìn)入堆垛機(jī)進(jìn)行包裝，得到成組包裝的紙尿褲產(chǎn)品。詳細(xì)的工藝流程參見圖2。
圖 1 紙尿褲生產(chǎn)線設(shè)備
圖 2 紙尿褲生產(chǎn)線工藝流程圖
3 Lenze解決方案
紙尿褲生產(chǎn)線采用整套Lenze解決方案，主要由前段生產(chǎn)線、堆疊和中包單元組成，生產(chǎn)線部分采用兩個(gè)3231C運(yùn)動(dòng)控制器控制110套伺服，監(jiān)控部分選用了15"的p500面板控制器；堆疊和中包部分采用1個(gè)3231C運(yùn)動(dòng)控制器，控制18套伺服，監(jiān)控部分選用了7"的p300面板控制器。控制器之間通過CAN總線進(jìn)行通訊，控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器之間采用EtherCAT總線進(jìn)行通訊，整個(gè)系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰、總線負(fù)荷合理、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)拓?fù)鋱D見圖3。
圖3 紙尿褲生產(chǎn)線系統(tǒng)拓?fù)鋱D
生產(chǎn)線部分主要功能需求為收放卷、同步、凸輪曲線和糾偏等， “收放卷”FAST技術(shù)模塊是本系統(tǒng)的亮點(diǎn)之一，與其他品牌的“收放卷功能塊”相比，Lenze的收放卷功能塊不需要輸入材料的卷徑，直接通過張力和速度進(jìn)行智能計(jì)算，免去輸入卷徑的同時(shí)保證了換接料的穩(wěn)定運(yùn)行；“同步功能”用于生產(chǎn)線中的各種復(fù)合輸送；“電子軸”FAST技術(shù)模塊保證了高精度相位同步，智能的材料拉伸補(bǔ)償功能，可自由設(shè)定材料長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)同一設(shè)備應(yīng)用于多種型號(hào)的紙尿褲生產(chǎn)；“凸輪曲線”FAST技術(shù)模塊主要用于生產(chǎn)線材料的切割，可自由切換曲線，適用不同的產(chǎn)品長(zhǎng)度和形狀；“糾偏”FAST技術(shù)模塊可通過色標(biāo)傳感器實(shí)現(xiàn)快速糾正，降低換料過程中的廢品率。
堆垛和中包部分的亮點(diǎn)之一是Lenze專為“過渡推手”開發(fā)的特殊功能塊，此功能的難點(diǎn)在于機(jī)械部分是用戶根據(jù)需求定制的兩個(gè)滑塊機(jī)構(gòu)組成的類似SCARA機(jī)械手的模型，該機(jī)械手需要同步于生產(chǎn)線做平滑的四邊形軌跡運(yùn)動(dòng)。Lenze通過專屬的“抓取與放置（Pick & Place）”FAST技術(shù)模塊和模型轉(zhuǎn)換算法程序，實(shí)現(xiàn)了軌跡的自由設(shè)定和同步跟蹤主軸的功能。
3.1 Lenze主要產(chǎn)品
1. p500/p300面板控制器：Lenze的面板控制器兼具PLC控制和畫面監(jiān)控的功能，無風(fēng)扇設(shè)計(jì)，無需維護(hù)，性能穩(wěn)定；采用集成式的UPS設(shè)計(jì)確保數(shù)據(jù)的安全可靠；可插拔式儲(chǔ)存卡讓設(shè)備可以方便快捷地進(jìn)行更換。可提供7"到15" 的顯示屏， Windows CE 6.0 操作系統(tǒng)，支持Ethternet，CANopen等通訊接口。
2. 3200C 運(yùn)動(dòng)控制器：CPU 主頻高達(dá)1.75GHz，任務(wù)周期最小為1m，具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算及運(yùn)動(dòng)控制功能。支持多種通信方式，標(biāo)配有2個(gè)USB接口，兩個(gè)Ethernet 接口（且內(nèi)部集成了網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)功能），1個(gè)EtherCAT 接口，并可選配 2個(gè)CANopen或者PROFIBUS Master模塊。集成式的UPS設(shè)計(jì)，確保數(shù)據(jù)安全可靠。可插拔式的儲(chǔ)存卡讓設(shè)備可以方便快捷地進(jìn)行更換。
3. i700伺服驅(qū)動(dòng)器：是為基礎(chǔ)的自動(dòng)化系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)器，采用多軸應(yīng)用的設(shè)計(jì)理念，支持CIA 402標(biāo)準(zhǔn)的操作模式（位置、速度、轉(zhuǎn)矩控制），支持雙軸設(shè)計(jì)，減少所占的空間，采用簡(jiǎn)單連接設(shè)計(jì)，插拔式接線端子，便于系統(tǒng)集成，調(diào)試和更換。
4. MCS/MCA伺服電機(jī)：MCS為L(zhǎng)enze高精度同步伺服電機(jī)，用于生產(chǎn)線的相位同步、凸輪控制、糾偏控制等應(yīng)用。MCA為L(zhǎng)enze大慣量的異步伺服電機(jī)，用于收放卷控制、速度同步等應(yīng)用。兩款電機(jī)均可選配Lenze的旋變和多圈絕對(duì)值編碼器，滿足用戶高精度的伺服控制精度。
3.2主要功能與FAST技術(shù)模塊
1. 材料放卷：采用“收放卷”FAST技術(shù)模塊，實(shí)現(xiàn)快速平穩(wěn)的自動(dòng)換接料功能及放卷控制。
2. 同步控制：采用“電子軸”FAST技術(shù)模塊，實(shí)現(xiàn)加減速補(bǔ)償及高精度的生產(chǎn)線位置同步。
3. 凸輪曲線：采用“電子凸輪”FAST技術(shù)模塊，實(shí)現(xiàn)凸輪曲線的自由在線切換等。
4. 糾偏功能：采用“糾偏”FAST技術(shù)模塊，實(shí)現(xiàn)糾偏功能的窗口功能，糾偏限幅和曲線補(bǔ)償。
5. 過渡推手：采用“抓取與放置（Pick&Place）”FAST技術(shù)模塊，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，凸輪曲線同步等。
3.3 Lenze方案的優(yōu)勢(shì)
1. 一體化解決方案：Lenze可提供紙尿褲生產(chǎn)線整套驅(qū)動(dòng)和自動(dòng)化解決方案，完整的產(chǎn)品線為您提供一站式采購(gòu)。
2. 最佳的性價(jià)比：作為中高端的歐系品牌之一，Lenze可為您提供極具性價(jià)比的解決方案，為您節(jié)省成本的同時(shí)最大程度提升設(shè)備性能及品質(zhì)。
3. FAST技術(shù)模塊：FAST技術(shù)模塊是Lenze開發(fā)的集成化運(yùn)動(dòng)功能的程序工藝模塊，可以提高程序質(zhì)量，縮短編程時(shí)間，有效減少設(shè)備調(diào)試周期。
4. 專業(yè)的團(tuán)隊(duì)支持：Lenze針對(duì)該行業(yè)可提供專業(yè)的技術(shù)和銷售支持，在中國(guó)及海外均設(shè)有辦事處，可以提供全方位的一站式服務(wù)。
4 展望
隨著用戶需求的不斷提升，紙尿褲設(shè)備將向高端化和高速化，自動(dòng)化和模塊化方向發(fā)展。高端化和高速化：國(guó)產(chǎn)紙尿褲生產(chǎn)速度將從現(xiàn)在的500～600片/分鐘發(fā)展到1000～1200片/分鐘，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性顯著提升，廢品率降低到3%以下。自動(dòng)化和模塊化：隨著紙尿褲設(shè)備的高端化發(fā)展，設(shè)備結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，自動(dòng)化程度更高、用工量更少的設(shè)備成為發(fā)展趨勢(shì)，因此紙尿褲設(shè)備將廣泛地應(yīng)用伺服控制系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)清廢技術(shù)、自動(dòng)故障診斷技術(shù)，加快研發(fā)堆垛和包裝設(shè)備的步伐，實(shí)現(xiàn)與主生產(chǎn)線的無縫聯(lián)接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從原材料輸入到成品輸出和裝箱等全過程的自動(dòng)化控制。
