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    摘要：為適應(yīng)市場需求提高紙尿褲生產(chǎn)設(shè)備的各項性能，Lenze以運動控制器為核心，采用基于以太網(wǎng)協(xié)議并優(yōu)化了過程數(shù)據(jù)的EtherCAT通訊標(biāo)準(zhǔn)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(diào)整即可顯著降低跟隨偏差，從而實現(xiàn)高精度的同步運行，無論在設(shè)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(shè)備的穩(wěn)定性，這一特點使Lenze產(chǎn)品在同等伺服系統(tǒng)中脫穎而出，并且隨著公司產(chǎn)品的不斷推陳出新，新一代伺服驅(qū)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(guān)鍵字：紙尿褲 衛(wèi)生用品 多軸同步 運動控制 增益調(diào)整 跟隨偏差 Lenze標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)一次性衛(wèi)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，市場的繁榮使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)歷經(jīng)革新，衛(wèi)生巾、紙尿褲行業(yè)已經(jīng)重新整合，淘汰了小型作坊，成就了品牌價值，紙尿褲、衛(wèi)生巾、寵物護墊、止血墊等產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)的逐漸成熟，如何降低生產(chǎn)成本及環(huán)保節(jié)能將成為各生產(chǎn)商的利益競爭點，為了適應(yīng)需求，生產(chǎn)商對設(shè)備制造商提出了更高的技術(shù)要求，無論是設(shè)備的生產(chǎn)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(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)需要不斷升級，自動控制系統(tǒng)的設(shè)計也必將更新?lián)Q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(gòu)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、高動態(tài)響應(yīng)、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(shè)備的結(jié)構(gòu)

      市場競爭促進設(shè)備產(chǎn)能不斷提高，在國內(nèi)紙尿褲生產(chǎn)設(shè)備的機械制造工藝和自動化控制系統(tǒng)不斷升級。經(jīng)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(shù)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(chǎn)品來提升用戶體驗，順應(yīng)市場需求，甚至對客戶定制產(chǎn)品如何以最低的材料損耗生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品，這些均已成為市場上有力的競爭手段。紙尿褲設(shè)備如下圖所示： 

    圖1嬰兒紙尿褲設(shè)備
 

     生產(chǎn)工藝： 

    圖2紙尿褲工藝流程
 

    3 Lenze產(chǎn)品簡介

    Lenze是業(yè)界最具創(chuàng)新性的企業(yè)之一，以驅(qū)動和自動化為核心競爭力，紙尿褲設(shè)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(qū)動器配置EtherCAT高速通訊模塊，采用RJ45標(biāo)準(zhǔn)接口的工業(yè)級網(wǎng)線與3200系列運動控制器組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，建立分布式時鐘刷新通訊數(shù)據(jù)，驅(qū)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(shè)備競爭力，供電側(cè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，可以組態(tài)分布式IO系統(tǒng)I/O 1000，實時控制負(fù)載的運行，PLC Designer是3200PLC的編程軟件，Lenze產(chǎn)品的組態(tài)編程均可在這個軟件下完成，初學(xué)者只需熟悉簡單的編程技巧即可靈活應(yīng)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(xiàn)了Lenze伺服的靈活性，內(nèi)部運算精度可達(dá)216，完全滿足設(shè)備的高精度控制要求。庫卡機器人的成熟應(yīng)用早已證明了這是一款性能杰出的產(chǎn)品，完全適應(yīng)大型設(shè)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(shù)號即可得到正確配置，甚至無需參數(shù)的自動識別，電機特性只需簡單調(diào)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(qū)動系統(tǒng)解決方案在合作伙伴培新機械得到了成功應(yīng)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(xiàn)材料的輸送、分切、色標(biāo)定位，獨立控制的電機實現(xiàn)材料開卷甚至成品堆垛和入袋裝箱部分的應(yīng)用。運動控制邏輯部分采用Lenze標(biāo)準(zhǔn)功能模板，提高了程序的通用性、重復(fù)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(shù)據(jù)，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(shè)備參數(shù)全部存儲在3200標(biāo)配的存儲卡內(nèi)，即使發(fā)生了故障，只需備份卡內(nèi)數(shù)據(jù)，待更換新的控制器后插卡上電，控制器即會自動裝載數(shù)據(jù)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(shè)備的升級及維護效率。高度集成的程序設(shè)計軟件PLC-Designer可完成整個項目的組態(tài)、調(diào)試工作，讓各個軸的操作及運行數(shù)據(jù)變得一目了然，同時控制器也具備Web遠(yuǎn)程協(xié)議功能，只需搭建互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問終端即可實現(xiàn)對設(shè)備的實時監(jiān)控，方便OME客戶隨時掌握設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：
 

圖3系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
 

    5 技術(shù)關(guān)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(yīng)時間。

    2. 實軸跟隨虛軸模態(tài)運行，周期性復(fù)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(tǒng)的故障率，減少維護時間，制動斬波器在設(shè)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(shè)備長時間運行性能發(fā)揮更加出色。

    5. 遠(yuǎn)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(guān)協(xié)議即可使原始設(shè)備制造商隨時掌握機器的運行情況，必要時可以遠(yuǎn)程診斷、調(diào)試甚至對設(shè)備進行升級。

    6 發(fā)展趨勢

    Lenze運動控制器3200可帶多達(dá)64軸，更可通過網(wǎng)絡(luò)變量連接構(gòu)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(shè)備；公司的新一代驅(qū)動器i700系列，采用新穎的設(shè)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(yīng)用將會在紙尿褲的應(yīng)用上取代原有方案。同時Lenze整合了PLC Open標(biāo)準(zhǔn)功能并二次開發(fā)了Lenze標(biāo)準(zhǔn)功能模板（Fast module），進一步簡化了運動控制程序的設(shè)計，打包的標(biāo)準(zhǔn)功能包括跟隨、同步、飛剪、滾切、色標(biāo)糾偏、套色印刷、收放卷等功能，涵蓋了主流的應(yīng)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(diào)試周期，便于程序的循環(huán)利用及項目歸檔。