Lenze在纸尿裤生产线中的应用

1 前言

   随着中国人口老龄化高峰的到来、人民消费能力的提升以及二胎政策的出台，纸尿裤将迎来飞速及持续发展的时代。2015年国内婴儿纸尿裤的年消费量已经超过248亿片，国内市场整体消费额在700亿元以上，到2017年，中国纸尿裤市场规模将扩大到1200亿元。作为Lenze重点行业之一的消费品行业，团队成员紧跟市场形势，与国内OEM公司共同合作开发了128轴全伺服高速纸尿裤生产线，集生产、堆叠和包装于一体，生产速度可达800片/分钟，标志着Lenze又创造了一项新的行业里程碑。

2 纸尿裤生产线设备和工艺简介

   纸尿裤生产线主要分为婴儿纸尿裤和成人纸尿裤生产线，生产工艺主要分生产线单元、堆叠和中包单元。图1为纸尿裤生产线设备示意图。生产线主要功能是将防水无纺布、复合棉芯、高分子材料、导流层无纺布等不同的材料经过喷胶处理，逐层复合后再经过弧切、纵向折叠、终切、三折叠和剔废等工序成为纸尿裤成品，成品通过堆叠过度单元进入堆垛机进行包装，得到成组包装的纸尿裤产品。详细的工艺流程参见图2。

图 1 纸尿裤生产线设备

图 2 纸尿裤生产线工艺流程图

3 Lenze解决方案

   纸尿裤生产线采用整套Lenze解决方案，主要由前段生产线、堆叠和中包单元组成，生产线部分采用两个3231C运动控制器控制110套伺服，监控部分选用了15"的p500面板控制器；堆叠和中包部分采用1个3231C运动控制器，控制18套伺服，监控部分选用了7"的p300面板控制器。控制器之间通过CAN总线进行通讯，控制器与伺服驱动器之间采用EtherCAT总线进行通讯，整个系统具有网络结构清晰、总线负荷合理、稳定等优点。系统拓扑图见图3。

图3 纸尿裤生产线系统拓扑图

   生产线部分主要功能需求为收放卷、同步、凸轮曲线和纠偏等， “收放卷”FAST技术模块是本系统的亮点之一，与其他品牌的“收放卷功能块”相比，Lenze的收放卷功能块不需要输入材料的卷径，直接通过张力和速度进行智能计算，免去输入卷径的同时保证了换接料的稳定运行；“同步功能”用于生产线中的各种复合输送；“电子轴”FAST技术模块保证了高精度相位同步，智能的材料拉伸补偿功能，可自由设定材料长度，实现同一设备应用于多种型号的纸尿裤生产；“凸轮曲线”FAST技术模块主要用于生产线材料的切割，可自由切换曲线，适用不同的产品长度和形状；“纠偏”FAST技术模块可通过色标传感器实现快速纠正，降低换料过程中的废品率。

   堆垛和中包部分的亮点之一是Lenze专为“过渡推手”开发的特殊功能块，此功能的难点在于机械部分是用户根据需求定制的两个滑块机构组成的类似SCARA机械手的模型，该机械手需要同步于生产线做平滑的四边形轨迹运动。Lenze通过专属的“抓取与放置（Pick & Place）”FAST技术模块和模型转换算法程序，实现了轨迹的自由设定和同步跟踪主轴的功能。

3.1 Lenze主要产品

1. p500/p300面板控制器：Lenze的面板控制器兼具PLC控制和画面监控的功能，无风扇设计，无需维护，性能稳定；采用集成式的UPS设计确保数据的安全可靠；可插拔式储存卡让设备可以方便快捷地进行更换。可提供7"到15" 的显示屏， Windows CE 6.0 操作系统，支持Ethternet，CANopen等通讯接口。

2. 3200C 运动控制器：CPU 主频高达1.75GHz，任务周期最小为1m，具有强大的逻辑运算及运动控制功能。支持多种通信方式，标配有2个USB接口，两个Ethernet 接口（且内部集成了网络交换机功能），1个EtherCAT 接口，并可选配 2个CANopen或者PROFIBUS Master模块。集成式的UPS设计，确保数据安全可靠。可插拔式的储存卡让设备可以方便快捷地进行更换。

3. i700伺服驱动器：是为基础的自动化系统伺服驱动器，采用多轴应用的设计理念，支持CIA 402标准的操作模式（位置、速度、转矩控制），支持双轴设计，减少所占的空间，采用简单连接设计，插拔式接线端子，便于系统集成，调试和更换。

4. MCS/MCA伺服电机：MCS为Lenze高精度同步伺服电机，用于生产线的相位同步、凸轮控制、纠偏控制等应用。MCA为Lenze大惯量的异步伺服电机，用于收放卷控制、速度同步等应用。两款电机均可选配Lenze的旋变和多圈绝对值编码器，满足用户高精度的伺服控制精度。

3.2主要功能与FAST技术模块

1. 材料放卷：采用“收放卷”FAST技术模块，实现快速平稳的自动换接料功能及放卷控制。

2. 同步控制：采用“电子轴”FAST技术模块，实现加减速补偿及高精度的生产线位置同步。

3. 凸轮曲线：采用“电子凸轮”FAST技术模块，实现凸轮曲线的自由在线切换等。

4. 纠偏功能：采用“纠偏”FAST技术模块，实现纠偏功能的窗口功能，纠偏限幅和曲线补偿。

5. 过渡推手：采用“抓取与放置（Pick&Place）”FAST技术模块，实现坐标系转换，凸轮曲线同步等。

3.3 Lenze方案的优势

1. 一体化解决方案：Lenze可提供纸尿裤生产线整套驱动和自动化解决方案，完整的产品线为您提供一站式采购。

2. 最佳的性价比：作为中高端的欧系品牌之一，Lenze可为您提供极具性价比的解决方案，为您节省成本的同时最大程度提升设备性能及品质。

3. FAST技术模块：FAST技术模块是Lenze开发的集成化运动功能的程序工艺模块，可以提高程序质量，缩短编程时间，有效减少设备调试周期。

4. 专业的团队支持：Lenze针对该行业可提供专业的技术和销售支持，在中国及海外均设有办事处，可以提供全方位的一站式服务。

4 展望

   随着用户需求的不断提升，纸尿裤设备将向高端化和高速化，自动化和模块化方向发展。高端化和高速化：国产纸尿裤生产速度将从现在的500～600片/分钟发展到1000～1200片/分钟，生产质量稳定性显著提升，废品率降低到3%以下。自动化和模块化：随着纸尿裤设备的高端化发展，设备结构越来越复杂，自动化程度更高、用工量更少的设备成为发展趋势，因此纸尿裤设备将广泛地应用伺服控制系统、智能监控系统、自动检测技术、自动清废技术、自动故障诊断技术，加快研发堆垛和包装设备的步伐，实现与主生产线的无缝联接，进而实现从原材料输入到成品输出和装箱等全过程的自动化控制。