一、行業(yè)現(xiàn)狀

目前，造紙廠的出廠產(chǎn)品，一般是重量一噸以上的大卷“原紙”，而紙巾加工生產(chǎn)線，一般是從復(fù)卷機(jī)或折疊機(jī)開(kāi)始，中間有大回旋切紙機(jī)，將切好的紙巾用輸送帶傳送至包裝機(jī)，包裝完還要進(jìn)行裝箱等一系列加工工序之后，才能運(yùn)往各大商超進(jìn)行銷(xiāo)售。

市場(chǎng)上抽紙全自動(dòng)包裝機(jī)的系統(tǒng)方案一般有兩種，一種是傳統(tǒng)方案，核心工藝由拉膜、切刀、中送伺服完成，而彩膜的包覆與燙合，則是由主軸帶動(dòng)一整套連桿類(lèi)的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)完成。另外一種就是全伺服方案，將動(dòng)作分解后由不同的伺服來(lái)完成，產(chǎn)出速度更快，但電氣成本相對(duì)傳統(tǒng)方案要高一些。

圖1 抽紙生產(chǎn)過(guò)程

二、項(xiàng)目背景

本項(xiàng)目客戶(hù)是專(zhuān)業(yè)的極具規(guī)模的衛(wèi)生紙包裝機(jī)制造商，所生產(chǎn)的抽紙全自動(dòng)包裝機(jī)主要用于各種規(guī)格的軟抽紙巾的套袋包裝，代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工包裝，把未包裝的產(chǎn)品放到機(jī)器送料裝置上，即自動(dòng)完成包裝。

英威騰深挖行業(yè)需求，深入研究工藝流程，為達(dá)到廠家的預(yù)算目標(biāo)，推出了以英威騰控制器+伺服+變頻器+觸摸屏為核心的抽紙全自動(dòng)包裝機(jī)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)應(yīng)用方案。

該方案控制層采用英威騰AX71作為系統(tǒng)核心控制器，對(duì)切刀、拉膜、中送等要求位置精準(zhǔn)控制的工藝環(huán)節(jié)使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，對(duì)于理料、放膜使用變頻器驅(qū)動(dòng)。伺服與控制器采用EtherCAT總線通訊連接。該系統(tǒng)傳動(dòng)精準(zhǔn)?？刂品€(wěn)定、速度快，以?xún)?yōu)秀的性能和高性?xún)r(jià)比，幫助廠家提升包裝效率和品質(zhì)，大幅提升產(chǎn)能，減少營(yíng)運(yùn)成本。

圖2 抽紙全自動(dòng)包裝機(jī)工藝圖

三、抽紙全自動(dòng)包裝機(jī)工藝及控制要求

抽紙全自動(dòng)包裝機(jī)是紙巾生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)將切好的疊紙進(jìn)行自動(dòng)包裝，它前接大回旋切紙機(jī)，后接中包機(jī)。

切紙機(jī)將條狀的疊紙分切成長(zhǎng)寬固定的方塊，一般常見(jiàn)的規(guī)格170*190，厚度由抽紙張數(shù)決定，一般為150-200抽。接下來(lái)，抽紙全自動(dòng)包裝機(jī)開(kāi)始運(yùn)作，通過(guò)一整套的操作，使用經(jīng)過(guò)彩印后的塑料膜把紙巾包好。這些操作主要包括拉膜、切膜、中送，縱向的包覆與燙合，橫邊的折疊與燙合等。其工藝流程為：1理料→2送料→3壓合→4拉膜→5切膜→6熱封貼合封口→7中送彈出→8兩側(cè)整形→9兩側(cè)熱貼合。

設(shè)備在高速運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)于控制系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性、定位精度、性能都有較高的要求。因?yàn)榧埥淼娜嵝蕴卣鳎械?、拉膜、中送是包裝過(guò)程中極容易出錯(cuò)的環(huán)節(jié)，保證包裝效果，避免封切不準(zhǔn)、走膜跑偏、跑空袋等問(wèn)題是一個(gè)不小的考驗(yàn)。

四、英威騰包裝機(jī)設(shè)計(jì)方案

1.方案概述

該方案控制層采用英威騰AX71作為系統(tǒng)核心控制器，AX71除了PLC常有的功能之外，還具備高階運(yùn)動(dòng)控制功能，具有規(guī)劃32軸電子凸輪，64組TP補(bǔ)償，支持飛剪、追剪、插補(bǔ)等功能，編程方便快捷。驅(qū)動(dòng)層采用英威騰DA200系列高性能伺服和GD20系列變頻器，伺服與控制器采用EtherCAT總線通訊連接。

2.系統(tǒng)拓?fù)鋱D

該系統(tǒng)是英威騰PLC與伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)EtherCAT通訊總線實(shí)現(xiàn)多軸控制，與觸摸屏通過(guò)ModbusTCP通訊，切刀與主軸采用電子凸輪關(guān)聯(lián)，簡(jiǎn)便調(diào)節(jié)，換料方便。（見(jiàn)圖3）

圖3 抽紙全自動(dòng)包裝機(jī)電氣系統(tǒng)應(yīng)用示意圖

3.方案特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

● 性能優(yōu)異，操作簡(jiǎn)單

性能優(yōu)異，功能齊全，滿(mǎn)足用戶(hù)實(shí)時(shí)、高速、高精度和個(gè)性化控制需求。通過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)定和程序編寫(xiě)，就可輕松實(shí)現(xiàn)定位控制、高度同步控制和凸輪控制等，且各種編程語(yǔ)言齊全，梯形圖、ST語(yǔ)言等簡(jiǎn)便易懂?？偩€通訊方式反饋故障情況，故障顯示一目了然，簡(jiǎn)便高效排障。

● 高度集成，通訊極速

集成運(yùn)動(dòng)控制器功能，如電子凸輪、電子齒輪、飛剪、追剪、TP補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)動(dòng)控制功能，于AX系列控制器中，編程調(diào)試方便，同時(shí)省去一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器?？刂破髋c伺服采用EtherCAT高速總線連接，通訊速率高達(dá)100Mbps，抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)省去復(fù)雜的接線，提高裝機(jī)效率。

● 高頻響應(yīng)，分布擴(kuò)展

PLC運(yùn)算速度極快，位指令1ns，浮點(diǎn)運(yùn)算指令150ns。伺服高速度響應(yīng)，2.0kHz響應(yīng)頻率，23位編碼器高精度同步控制，各軸之間的同步時(shí)間偏差小于1微秒。支持大規(guī)模分布式擴(kuò)展，具備強(qiáng)大的組網(wǎng)能力，支持32軸多軸運(yùn)動(dòng)。

● 全套產(chǎn)品，穩(wěn)定可靠

核心電氣部件全套采用英威騰產(chǎn)品，便于產(chǎn)品維護(hù)，且性能穩(wěn)定可靠。

● 電子凸輪，精品應(yīng)用

運(yùn)用電子凸輪功能做曲線運(yùn)動(dòng)，不需要繁瑣的更改機(jī)械凸輪，減少機(jī)械成本和磨損，追隨性更好，靈活性更強(qiáng)，簡(jiǎn)單設(shè)定就可根據(jù)需求更改加工軌跡，具有更高的效率和穩(wěn)定性，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)更順暢，柔性生產(chǎn)更靈活。

4.電氣選型清單（表1所示）

表1 電氣選型清單

五、項(xiàng)目成果

運(yùn)行實(shí)踐表明，英威騰成功為該衛(wèi)生紙包裝設(shè)備廠家提供了成熟可靠的系統(tǒng)解決方案，包裝性能優(yōu)異，穩(wěn)定速度滿(mǎn)意，精度高，柔性好，性?xún)r(jià)比高，參數(shù)設(shè)定方便快捷，易用性強(qiáng)，并且具備靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和開(kāi)放性，可根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行傳統(tǒng)方案和全伺服方案高低配置，滿(mǎn)足細(xì)分市場(chǎng)需求。經(jīng)應(yīng)用實(shí)踐，伺服+變頻器傳統(tǒng)方案包裝產(chǎn)出最高速度可達(dá)105包/分鐘，穩(wěn)定生產(chǎn)速度達(dá)100包/分鐘；采用全伺服方案，穩(wěn)定生產(chǎn)速度達(dá)130包/分鐘，達(dá)到市場(chǎng)先進(jìn)水平。

圖4 抽紙全自動(dòng)包裝機(jī)整體外觀

六、結(jié)語(yǔ)

一份可靠，成就美好的家居生活。英威騰在產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)、成本控制、供應(yīng)鏈管理、全流程質(zhì)量管理、全球化服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和6A專(zhuān)業(yè)服務(wù)都有極大優(yōu)勢(shì)，完全能滿(mǎn)足包裝設(shè)備客戶(hù)的要求。未來(lái)，英威騰將持續(xù)深耕印包行業(yè)，不斷推出具有競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案和定制化服務(wù)以滿(mǎn)足印包行業(yè)制造商對(duì)于企業(yè)降本增效、綠色節(jié)能的需求。