Lenze在紙尿褲生產線中的應用

1 前言

隨著中國人口老齡化高峰的到來、人民消費能力的提升以及二胎政策的出臺，紙尿褲將迎來飛速及持續發展的時代。2015年國內嬰兒紙尿褲的年消費量已經超過248億片，國內市場整體消費額在700億元以上，到2017年，中國紙尿褲市場規模將擴大到1200億元。作為Lenze重點行業之一的消費品行業，團隊成員緊跟市場形勢，與國內OEM公司共同合作開發了128軸全伺服高速紙尿褲生產線，集生產、堆疊和包裝于一體，生產速度可達800片/分鐘，標志著Lenze又創造了一項新的行業里程碑。

2 紙尿褲生產線設備和工藝簡介

紙尿褲生產線主要分為嬰兒紙尿褲和成人紙尿褲生產線，生產工藝主要分生產線單元、堆疊和中包單元。圖1為紙尿褲生產線設備示意圖。生產線主要功能是將防水無紡布、復合棉芯、高分子材料、導流層無紡布等不同的材料經過噴膠處理，逐層復合后再經過弧切、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入堆垛機進行包裝，得到成組包裝的紙尿褲產品。詳細的工藝流程參見圖2。

3 Lenze解決方案

紙尿褲生產線采用整套Lenze解決方案，主要由前段生產線、堆疊和中包單元組成，生產線部分采用兩個3231C運動控制器控制110套伺服，監控部分選用了15"的p500面板控制器；堆疊和中包部分采用1個3231C運動控制器，控制18套伺服，監控部分選用了7"的p300面板控制器?？刂破髦g通過CAN總線進行通訊，控制器與伺服驅動器之間采用EtherCAT總線進行通訊，整個系統具有網絡結構清晰、總線負荷合理、穩定等優點。系統拓撲圖見圖3。

生產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技術模塊是本系統的亮點之一，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行智能計算，免去輸入卷徑的同時保證了換接料的穩定運行；“同步功能”用于生產線中的各種復合輸送；“電子軸”FAST技術模塊保證了高精度相位同步，智能的材料拉伸補償功能，可自由設定材料長度，實現同一設備應用于多種型號的紙尿褲生產；“凸輪曲線”FAST技術模塊主要用于生產線材料的切割，可自由切換曲線，適用不同的產品長度和形狀；“糾偏”FAST技術模塊可通過色標傳感器實現快速糾正，降低換料過程中的廢品率。

堆垛和中包部分的亮點之一是Lenze專為“過渡推手”開發的特殊功能塊，此功能的難點在于機械部分是用戶根據需求定制的兩個滑塊機構組成的類似SCARA機械手的模型，該機械手需要同步于生產線做平滑的四邊形軌跡運動。Lenze通過專屬的“抓取與放置（Pick & Place）”FAST技術模塊和模型轉換算法程序，實現了軌跡的自由設定和同步跟蹤主軸的功能。

3.1 Lenze主要產品

1. p500/p300面板控制器：Lenze的面板控制器兼具PLC控制和畫面監控的功能，無風扇設計，無需維護，性能穩定；采用集成式的UPS設計確保數據的安全可靠；可插拔式儲存卡讓設備可以方便快捷地進行更換?？商峁?"到15" 的顯示屏， Windows CE 6.0 操作系統，支持Ethternet，CANopen等通訊接口。

2. 3200C 運動控制器：CPU 主頻高達1.75GHz，任務周期**小為1m，具有強大的邏輯運算及運動控制功能。支持多種通信方式，標配有2個USB接口，兩個Ethernet 接口（且內部集成了網絡交換機功能），1個EtherCAT 接口，并可選配 2個CANopen或者PROFIBUS Master模塊。集成式的UPS設計，確保數據安全可靠?？刹灏问降膬Υ婵ㄗ屧O備可以方便快捷地進行更換。

3. i700伺服驅動器：是為基礎的自動化系統伺服驅動器，采用多軸應用的設計理念，支持CIA 402標準的操作模式（位置、速度、轉矩控制），支持雙軸設計，減少所占的空間，采用簡單連接設計，插拔式接線端子，便于系統集成，調試和更換。

4. MCS/MCA伺服電機：MCS為Lenze高精度同步伺服電機，用于生產線的相位同步、凸輪控制、糾偏控制等應用。MCA為Lenze大慣量的異步伺服電機，用于收放卷控制、速度同步等應用。兩款電機均可選配Lenze的旋變和多圈絕對值編碼器，滿足用戶高精度的伺服控制精度。

3.2主要功能與FAST技術模塊

1. 材料放卷：采用“收放卷”FAST技術模塊，實現快速平穩的自動換接料功能及放卷控制。

2. 同步控制：采用“電子軸”FAST技術模塊，實現加減速補償及高精度的生產線位置同步。

3. 凸輪曲線：采用“電子凸輪”FAST技術模塊，實現凸輪曲線的自由在線切換等。

4. 糾偏功能：采用“糾偏”FAST技術模塊，實現糾偏功能的窗口功能，糾偏限幅和曲線補償。

5. 過渡推手：采用“抓取與放置（Pick&Place）”FAST技術模塊，實現坐標系轉換，凸輪曲線同步等。

3.3 Lenze方案的優勢

1. 一體化解決方案：Lenze可提供紙尿褲生產線整套驅動和自動化解決方案，完整的產品線為您提供一站式采購。

2. **佳的性價比：作為中高端的歐系**，Lenze可為您提供極具性價比的解決方案，為您節省成本的同時**大程度提升設備性能及品質。

3. FAST技術模塊：FAST技術模塊是Lenze開發的集成化運動功能的程序工藝模塊，可以提高程序質量，縮短編程時間，**減少設備調試周期。

4. 專業的團隊支持：Lenze針對該行業可提供專業的技術和銷售支持，在中國及海外均設有辦事處，可以提供全方位的一站式服務。

4 展望

隨著用戶需求的不斷提升，紙尿褲設備將向高端化和高速化，自動化和模塊化方向發展。高端化和高速化：國產紙尿褲生產速度將從現在的500——600片/分鐘發展到1000——1200片/分鐘，生產質量穩定性顯著提升，廢品率降低到3%以下。自動化和模塊化：隨著紙尿褲設備的高端化發展，設備結構越來越復雜，自動化程度更高、用工量更少的設備成為發展趨勢，因此紙尿褲設備將廣泛地應用伺服控制系統、智能監控系統、自動檢測技術、自動清廢技術、自動故障診斷技術，加快研發堆垛和包裝設備的步伐，實現與主生產線的無縫聯接，進而實現從原材料輸入到成品輸出和裝箱等全過程的自動化控制。