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(xù)發(fā)展的時代。2015年國內(nèi)嬰兒紙尿褲的年消費量已經(jīng)超過248億片，國內(nèi)市場整體消費額在700億元以上，到2017年，中國紙尿褲市場規(guī)模將擴大到1200億元。作為Lenze重點行業(yè)之一的消費品行業(yè)，團隊成員緊跟市場形勢，與國內(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800片/分鐘，標志著Lenze又創(chuàng)造了一項新的行業(yè)里程碑。

2 紙尿褲生產(chǎn)線設(shè)備和工藝簡介

   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入堆垛機進行包裝，得到成組包裝的紙尿褲產(chǎn)品。詳細的工藝流程參見圖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3231C運動控制器控制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3231C運動控制器，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總線進行通訊，控制器與伺服驅(qū)動器之間采用EtherCAT總線進行通訊，整個系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰、總線負荷合理、穩(wěn)定等優(yōu)點。系統(tǒng)拓撲圖見圖3。

圖3 紙尿褲生產(chǎn)線系統(tǒng)拓撲圖

   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(wěn)定運行；“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，智能的材料拉伸補償功能，可自由設(shè)定材料長度，實現(xiàn)同一設(shè)備應(yīng)用于多種型號的紙尿褲生產(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)品長度和形狀；“糾偏”FAST技術(shù)模塊可通過色標傳感器實現(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，此功能的難點在于機械部分是用戶根據(jù)需求定制的兩個滑塊機構(gòu)組成的類似SCARA機械手的模型，該機械手需要同步于生產(chǎn)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(shù)模塊和模型轉(zhuǎn)換算法程序，實現(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，無需維護，性能穩(wěn)定；采用集成式的UPS設(shè)計確保數(shù)據(jù)的安全可靠；可插拔式儲存卡讓設(shè)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(tǒng)，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(wù)周期最小為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(nèi)部集成了網(wǎng)絡(luò)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(shè)計，確保數(shù)據(jù)安全可靠。可插拔式的儲存卡讓設(shè)備可以方便快捷地進行更換。

3. i700伺服驅(qū)動器：是為基礎(chǔ)的自動化系統(tǒng)伺服驅(qū)動器，采用多軸應(yīng)用的設(shè)計理念，支持CIA 402標準的操作模式（位置、速度、轉(zhuǎn)矩控制），支持雙軸設(shè)計，減少所占的空間，采用簡單連接設(shè)計，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：MCS為Lenze高精度同步伺服電機，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Lenze大慣量的異步伺服電機，用于收放卷控制、速度同步等應(yīng)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(shù)模塊

1. 材料放卷：采用“收放卷”FAST技術(shù)模塊，實現(xiàn)快速平穩(wěn)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(shù)模塊，實現(xiàn)加減速補償及高精度的生產(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，實現(xiàn)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(shù)模塊，實現(xiàn)坐標系轉(zhuǎn)換，凸輪曲線同步等。

3.3 Lenze方案的優(yōu)勢

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

2. 最佳的性價比：作為中高端的歐系品牌之一，Lenze可為您提供極具性價比的解決方案，為您節(jié)省成本的同時最大程度提升設(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)的集成化運動功能的程序工藝模塊，可以提高程序質(zhì)量，縮短編程時間，有效減少設(shè)備調(diào)試周期。

4. 專業(yè)的團隊支持：Lenze針對該行業(yè)可提供專業(yè)的技術(shù)和銷售支持，在中國及海外均設(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，自動化和模塊化方向發(fā)展。高端化和高速化：國產(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，自動化程度更高、用工量更少的設(shè)備成為發(fā)展趨勢，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)、自動檢測技術(shù)、自動清廢技術(shù)、自動故障診斷技術(shù)，加快研發(fā)堆垛和包裝設(shè)備的步伐，實現(xiàn)與主生產(chǎn)線的無縫聯(lián)接，進而實現(xiàn)從原材料輸入到成品輸出和裝箱等全過程的自動化控制。