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

    關鍵字：紙尿褲 衛(wèi)生用品 多軸同步 運動控制 增益調整 跟隨偏差 Lenze標準功能模板

    1 前言

    隨著生活水平的提高，人們對快速消費品的需求日益增強，對一次性衛(wèi)生用品需求尤甚。近十年來國內一次性衛(wèi)生用品行業(yè)歷經產生、發(fā)展、繁榮、并于近年趨近飽和，市場的繁榮使產業(yè)結構歷經革新，衛(wèi)生巾、紙尿褲行業(yè)已經重新整合，淘汰了小型作坊，成就了品牌價值，紙尿褲、衛(wèi)生巾、寵物護墊、止血墊等產品已成為尋常消費品并進入穩(wěn)定消費時期。市場需求帶動生產技術的逐漸成熟，如何降低生產成本及環(huán)保節(jié)能將成為各生產商的利益競爭點，為了適應需求，生產商對設備制造商提出了更高的技術要求，無論是設備的生產速度、穩(wěn)定性、以及衛(wèi)生安全等方面都需要進一步提高，原有的機械結構和控制系統(tǒng)需要不斷升級，自動控制系統(tǒng)的設計也必將更新換代，多軸同步必將取代純粹的機械傳動，高速度高精度的要求對控制器及執(zhí)行機構的性能要求更加苛刻，Lenze產品以其優(yōu)異的性能、靈活的配置、高精確度、高動態(tài)響應、更強的過載能力以及節(jié)能等特點符合紙尿褲行業(yè)發(fā)展的各項需求。

    2 紙尿褲設備的結構

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

    圖1嬰兒紙尿褲設備
 

     生產工藝： 

    圖2紙尿褲工藝流程
 

    3 Lenze產品簡介

    Lenze是業(yè)界最具創(chuàng)新性的企業(yè)之一，以驅動和自動化為核心競爭力，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(tǒng)，每個驅動器配置EtherCAT高速通訊模塊，采用RJ45標準接口的工業(yè)級網線與3200系列運動控制器組成環(huán)形網絡，建立分布式時鐘刷新通訊數據，驅動端采用Lenze 93系列供電模塊集中提供600V直流母線電壓，可在保證穩(wěn)定性的同時為客戶節(jié)約了成本并提升了設備競爭力，供電側連接制動單元妥善處理緊急剎車時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運動控制器

    最小1毫秒的運行周期，支持CANOpen、EtherCAT、Profibus等標準通訊協議，可以組態(tài)分布式IO系統(tǒng)I/O 1000，實時控制負載的運行，PLC Designer是3200PLC的編程軟件，Lenze產品的組態(tài)編程均可在這個軟件下完成，初學者只需熟悉簡單的編程技巧即可靈活應用，極大縮減了程序的開發(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，通過直接輸入電機C86參數號即可得到正確配置，甚至無需參數的自動識別，電機特性只需簡單調試三環(huán)控制即可改善多軸系統(tǒng)的跟隨性能。

    4 Lenze ECS多軸同步系統(tǒng)解決方案

    Lenze驅動系統(tǒng)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(tǒng)以3200運動控制器為核心，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現材料的輸送、分切、色標定位，獨立控制的電機實現材料開卷甚至成品堆垛和入袋裝箱部分的應用。運動控制邏輯部分采用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(tǒng)采用分布式時鐘同步，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，控制器即會自動裝載數據并運行程序，通過狀態(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可完成整個項目的組態(tài)、調試工作，讓各個軸的操作及運行數據變得一目了然，同時控制器也具備Web遠程協議功能，只需搭建互聯網遠程訪問終端即可實現對設備的實時監(jiān)控，方便OME客戶隨時掌握設備的運轉情況。系統(tǒng)結構圖：
 

圖3系統(tǒng)拓撲結構
 

    5 技術關鍵點

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

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

    3. 采用集中供電，降低了系統(tǒng)的故障率，減少維護時間，制動斬波器在設備頻繁改變速度時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時間運行性能發(fā)揮更加出色。

    5. 遠程訪問功能只需簡單地搭建Web訪問的軟硬件平臺，遵循相關協議即可使原始設備制造商隨時掌握機器的運行情況，必要時可以遠程診斷、調試甚至對設備進行升級。

    6 發(fā)展趨勢

    Lenze運動控制器3200可帶多達64軸，更可通過網絡變量連接構成多CPU系統(tǒng)，能夠帶上百甚至更多根軸，完全勝任目前紙尿褲行業(yè)所有類型的設備；公司的新一代驅動器i700系列，采用新穎的設計包括單、雙軸模塊，支持EtherCAT高速總線，堪比9400HighLine系列的伺服性能卻擁有更高的性價比，搭配3200PLC的應用將會在紙尿褲的應用上取代原有方案。同時Lenze整合了PLC Open標準功能并二次開發(fā)了Lenze標準功能模板（Fast module），進一步簡化了運動控制程序的設計，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(xù)補充，顯著地縮短了用戶程序的開發(fā)、調試周期，便于程序的循環(huán)利用及項目歸檔。