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Lenze运动控制器在纸尿裤设备上技术方案

时间:2014-05-09 来源:网络转载 编辑:编辑部 点击:次 字体设置:

 摘要:为适应市场需求提高纸尿裤生产设备的各项性能,Lenze以运动控制器为核心,采用基于以太网协议并优化了过程数据的EtherCAT通讯标准组态控制多轴同步系统,在伺服电机运行时,通过简单的增益调整即可显著降低跟随偏差,从而实现高精度的同步运行,无论在设备的频繁加减速或者高速运行过程中均可精确跟随,不增加额外的废品率,从而保证设备的稳定性,这一特点使Lenze产品在同等伺服系统中脱颖而出,并且随着公司产品的不断推陈出新,新一代伺服驱动器i700系列将具备更加优异的性能和更高的性价比,在不久的将来在纸尿裤行业必将得到广泛的使用。

1 前言

随着生活水平的提高,人们对快速消费品的需求日益增强,对一次性卫生用品需求尤甚。近十年来国内一次性卫生用品行业历经产生、发展、繁荣、并于近年趋近饱和,市场的繁荣使产业结构历经革新,卫生巾、纸尿裤行业已经重新整合,淘汰了小型作坊,成就了品牌价值,纸尿裤、卫生巾、宠物护垫、止血垫等产品已成为寻常消费品并进入稳定消费时期。市场需求带动生产技术的逐渐成熟,如何降低生产成本及环保节能将成为各生产商的利益竞争点,为了适应需求,生产商对设备制造商提出了更高的技术要求,无论是设备的生产速度、稳定性、以及卫生安全等方面都需要进一步提高,原有的机械结构和控制系统需要不断升级,自动控制系统的设计也必将更新换代,多轴同步必将取代纯粹的机械传动,高速度高精度的要求对控制器及执行机构的性能要求更加苛刻,Lenze产品以其优异的性能、灵活的配置、高精确度、高动态响应、更强的过载能力以及节能等特点符合纸尿裤行业发展的各项需求。

2 纸尿裤设备的结构

市场竞争促进设备产能不断提高,在国内纸尿裤生产设备的机械制造工艺和自动化控制系统不断升级。经历了单一机械传动、变频多轴同步以及全伺服同步控制的技术革新,对材料的裁切精度,吸收体进料精度和芯体克重的控制要求不断提高,如何制造出更薄、吸收性更强的产品来提升用户体验,顺应市场需求,甚至对客户定制产品如何以最低的材料损耗生产出更多的产品,这些均已成为市场上有力的竞争手段。

纸尿裤设备如下图所示:

 

3 Lenze产品简介

Lenze是业界最具创新性的企业之一,以驱动和自动化为核心竞争力,纸尿裤设备采用其ECS系列伺服控制器组成的多轴同步控制系统,每个驱动器配置EtherCAT高速通讯模块,采用RJ45标准接口的工业级网线与3200系列运动控制器组成环形网络,建立分布式时钟刷新通讯数据,驱动端采用Lenze 93系列供电模块集中提供600V直流母线电压,可在保证稳定性的同时为客户节约了成本并提升了设备竞争力,供电侧连接制动单元妥善处理紧急刹车时的能量回馈和热量消耗,从而保证了设备的安全性及可靠性。

3.1 3200运动控制器

最小1毫秒的运行周期,支持CANOpen、EtherCAT、Profibus等标准通讯协议,可以组态分布式IO系统I/O 1000,实时控制负载的运行,PLC Designer是3200PLC的编程软件,Lenze产品的组态编程均可在这个软件下完成,初学者只需熟悉简单的编程技巧即可灵活应用,极大缩减了程序的开发周期。

3.2 ECS伺服模块

伺服本身提供两种反馈方式可供选择,充分体现了Lenze伺服的灵活性,内部运算精度可达216,完全满足设备的高精度控制要求。库卡机器人的成熟应用早已证明了这是一款性能杰出的产品,完全适应大型设备环境下的要求。

3.3 MCA异步伺服电机

Lenze 的MCA异步伺服电机,通过直接输入电机C86参数号即可得到正确配置,甚至无需参数的自动识别,电机特性只需简单调试三环控制即可改善多轴系统的跟随性能。

4 Lenze ECS多轴同步系统解决方案

Lenze驱动系统解决方案在合作伙伴培新机械得到了成功应用,以600片全伺服婴儿纸尿裤为例,系统以3200运动控制器为核心,组态控制46台ECS伺服控制器,其中跟随虚轴做同步运行的电机实现材料的输送、分切、色标定位,独立控制的电机实现材料开卷甚至成品堆垛和入袋装箱部分的应用。运动控制逻辑部分采用Lenze标准功能模板,提高了程序的通用性、重复利用和可移植性。系统采用分布式时钟同步,确保轴模块可周期性接收到位置信息并同步刷新控制数据,保证了同步轴的精确跟随,模态轴的建立使跟随轴的位置周期性清零,有效避免了累计误差的产生。

控制程序和设备参数全部存储在3200标配的存储卡内,即使发生了故障,只需备份卡内数据,待更换新的控制器后插卡上电,控制器即会自动装载数据并运行程序,通过状态指示灯即可判断PLC的运行状态,极大提高了设备的升级及维护效率。高度集成的程序设计软件PLC-Designer可完成整个项目的组态、调试工作,让各个轴的操作及运行数据变得一目了然,同时控制器也具备Web远程协议功能,只需搭建互联网远程访问终端即可实现对设备的实时监控,方便OME客户随时掌握设备的运转情况。

系统结构图:

 

5 技术关键点

1. 全新的运动控制器3200,搭载Intel Atom1.6G高速处理器,集成了逻辑、运动控制功能,分级存储区域用来装载人机界面程序,摒弃了传统的总线通讯方式,加快了交互处理速度,缩减了人机界面的响应时间。

2. 实轴跟随虚轴模态运行,周期性复位轴的位置信息,避免产生累积误差,保证切刀及输送轴的精度。

3. 采用集中供电,降低了系统的故障率,减少维护时间,制动斩波器在设备频繁改变速度时反馈能量并将剩余部分以热能形式散发掉,

4. 异步伺服电机的惯量特性使设备长时间运行性能发挥更加出色。

5. 远程访问功能只需简单地搭建Web访问的软硬件平台,遵循相关协议即可使原始设备制造商随时掌握机器的运行情况,必要时可以远程诊断、调试甚至对设备进行升级。

6 发展趋势

Lenze运动控制器3200可带多达64轴,更可通过网络变量连接构成多CPU系统,能够带上百甚至更多根轴,完全胜任目前纸尿裤行业所有类型的设备;公司的新一代驱动器i700系列,采用新颖的设计包括单、双轴模块,支持EtherCAT高速总线,堪比9400HighLine系列的伺服性能却拥有更高的性价比,搭配3200PLC的应用将会在纸尿裤的应用上取代原有方案。同时Lenze整合了PLC Open标准功能并二次开发了Lenze标准功能模板(Fast module),进一步简化了运动控制程序的设计,打包的标准功能包括跟随、同步、飞剪、滚切、色标纠偏、套色印刷、收放卷等功能,涵盖了主流的应用并且仍然继续补充,显著地缩短了用户程序的开发、调试周期,便于程序的循环利用及项目归档。

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