Lenze運(yùn)動(dòng)控制器在紙尿褲設(shè)備上的應(yīng)用

1 前言
       隨著生活水平的提高，人們對(duì)快速消費(fèi)品的需求日益增強(qiáng)，對(duì)一次性衛(wèi)生用品需求尤甚。近十年來(lái)國(guó)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(chǎng)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(jià)值，紙尿褲、衛(wèi)生巾、寵物護(hù)墊、止血墊等產(chǎn)品已成為尋常消費(fèi)品并進(jìn)入穩(wěn)定消費(fèi)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(jié)能將成為各生產(chǎn)商的利益競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)，為了適應(yīng)需求，生產(chǎn)商對(duì)設(shè)備制造商提出了更高的技術(shù)要求，無(wú)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(jìn)一步提高，原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)需要不斷升級(jí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也必將更新?lián)Q代，多軸同步必將取代純粹的機(jī)械傳動(dòng)，高速度高精度的要求對(duì)控制器及執(zhí)行機(jī)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(dòng)態(tài)響應(yīng)、更強(qiáng)的過(guò)載能力以及節(jié)能等特點(diǎn)符合紙尿褲行業(yè)發(fā)展的各項(xiàng)需求。

2 紙尿褲設(shè)備的結(jié)構(gòu)
       市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)設(shè)備產(chǎn)能不斷提高，在國(guó)內(nèi)紙尿褲生產(chǎn)設(shè)備的機(jī)械制造工藝和自動(dòng)化控制系統(tǒng)不斷升級(jí)。經(jīng)歷了單一機(jī)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(duì)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(qiáng)的產(chǎn)品來(lái)提升用戶體驗(yàn)，順應(yīng)市場(chǎng)需求，甚至對(duì)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(chǎng)上有力的競(jìng)爭(zhēng)手段。

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(qū)動(dòng)和自動(dòng)化為核心競(jìng)爭(zhēng)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(gè)驅(qū)動(dòng)器配置EtherCAT高速通訊模塊，采用RJ45標(biāo)準(zhǔn)接口的工業(yè)級(jí)網(wǎng)線與3200系列運(yùn)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(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)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(shí)為客戶節(jié)約了成本并提升了設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)力，供電側(cè)連接制動(dòng)單元妥善處理緊急剎車時(shí)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(yùn)動(dòng)控制器
       最小1毫秒的運(yùn)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(shí)時(shí)控制負(fù)載的運(yùn)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(yīng)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(xiàn)了Lenze伺服的靈活性，內(nèi)部運(yùn)算精度可達(dá)216，完全滿足設(shè)備的高精度控制要求。庫(kù)卡機(jī)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(jī)
       Lenze 的MCA異步伺服電機(jī)，通過(guò)直接輸入電機(jī)C86參數(shù)號(hào)即可得到正確配置，甚至無(wú)需參數(shù)的自動(dòng)識(shí)別，電機(jī)特性只需簡(jiǎn)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(dòng)系統(tǒng)解決方案在合作伙伴培新機(jī)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(yùn)動(dòng)控制器為核心，組態(tài)控制46臺(tái)ECS伺服控制器，其中跟隨虛軸做同步運(yùn)行的電機(jī)實(shí)現(xiàn)材料的輸送、分切、色標(biāo)定位，獨(dú)立控制的電機(jī)實(shí)現(xiàn)材料開(kāi)卷甚至成品堆垛和入袋裝箱部分的應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)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(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(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(jì)誤差的產(chǎn)生。

       控制程序和設(shè)備參數(shù)全部存儲(chǔ)在3200標(biāo)配的存儲(chǔ)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(huì)自動(dòng)裝載數(shù)據(jù)并運(yùn)行程序，通過(guò)狀態(tài)指示燈即可判斷PLC的運(yùn)行狀態(tài)，極大提高了設(shè)備的升級(jí)及維護(hù)效率。高度集成的程序設(shè)計(jì)軟件PLC-Designer可完成整個(gè)項(xiàng)目的組態(tài)、調(diào)試工作，讓各個(gè)軸的操作及運(yùn)行數(shù)據(jù)變得一目了然，同時(shí)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(wèn)終端即可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便OME客戶隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

      系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

5 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)
       1. 全新的運(yùn)動(dòng)控制器3200，搭載Intel Atom1.6G高速處理器，集成了邏輯、運(yùn)動(dòng)控制功能，分級(jí)存儲(chǔ)區(qū)域用來(lái)裝載人機(jī)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(jī)界面的響應(yīng)時(shí)間。
       2. 實(shí)軸跟隨虛軸模態(tài)運(yùn)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(hù)時(shí)間，制動(dòng)斬波器在設(shè)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(jī)的慣量特性使設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行性能發(fā)揮更加出色。
       5. 遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能只需簡(jiǎn)單地搭建Web訪問(wèn)的軟硬件平臺(tái)，遵循相關(guān)協(xié)議即可使原始設(shè)備制造商隨時(shí)掌握機(jī)器的運(yùn)行情況，必要時(shí)可以遠(yuǎn)程診斷、調(diào)試甚至對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)。

6 發(fā)展趨勢(shì)
       Lenze運(yùn)動(dòng)控制器3200可帶多達(dá)64軸，更可通過(guò)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(dòng)器i700系列，采用新穎的設(shè)計(jì)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(jià)比，搭配3200PLC的應(yīng)用將會(huì)在紙尿褲的應(yīng)用上取代原有方案。同時(shí)Lenze整合了PLC Open標(biāo)準(zhǔn)功能并二次開(kāi)發(fā)了Lenze標(biāo)準(zhǔn)功能模板（Fast module），進(jìn)一步簡(jiǎn)化了運(yùn)動(dòng)控制程序的設(shè)計(jì)，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(bǔ)充，顯著地縮短了用戶程序的開(kāi)發(fā)、調(diào)試周期，便于程序的循環(huán)利用及項(xiàng)目歸檔。