CC-Link IE Field 网络在拉拉裤生产线上的应用 ( 纸巾行业 IQ-R 安全 PLC 系统 )

文:三菱电机自动化2021年第四期

  1 概论

  1.1 行业设备工艺说明

  婴幼儿纸尿裤相当于一次性的内裤,其根据腰围的围合形式一般可分为两种类型。一种是片式纸尿裤(环腰裤),即纸尿裤的前片和后片在穿之前是分开的,穿着时通过固定在前腰围或者后腰围两侧的腰贴将前腰围和后腰围粘接起来,形成完整的内裤。另一种是套穿式纸尿裤,常见的有拉拉裤或者训练裤,它的设计是用作纸尿裤和一般内裤的过渡物,拉拉裤采用与纸尿裤相同的材料与构造,但拉拉裤前腰围和后腰围是一体的,且腰围具有弹性,穿着时直接将拉拉裤或者训练裤套上即可。随着宝宝月龄的增大,宝宝肢体的活动变得越来越丰富,从开始翻身,到学坐,学爬,学走路,更换纸尿裤也变得越来越有挑战性;这个时期的宝宝正在通过玩耍来认知和探索世界,不被打扰的玩耍能够帮助宝宝注意力更加集中,更有利于认知发展,现今拉拉裤的使用已经越来越广泛。

  【纸巾行业发展趋势】

  全球婴儿纸尿裤市场规模增速缓,从2011年近5%的增速放缓至2019年约2%,2019年全球市场规模约13006亿元。中国婴儿纸尿裤市场规模不断扩大,增速略有放缓但仍高于全球市场的总体增速,中国婴儿纸尿裤市场规模增速从2011年的26%放缓至5%,2019年中国婴儿纸尿裤市场规模达到610亿。中国婴儿纸尿裤市场份额不断扩大,在全球婴儿纸尿裤市场份额的占比逐步提升,占比从2010年的2%提升至2019年的5%。

运动控制.png

  面对市面上快速涌现的上千个品牌,竞争加剧的同时也带来新的发展活力,人口基数和消费升级推动母婴市场增长,新生代年轻消费者的多元需求推动着母婴市场不断更新迭代。拉拉裤一跃成为婴儿纸尿裤高端、细分领域里的趋势大单品。相关数据显示,中国拉拉裤和纸尿裤的市场规模之比是3:7,美国是7:3,对比国外,市场空间非常大。我国纸尿裤的发展是积极向上的,但由于2020年新冠疫情的到来,使得原材料方面受到了一定影响,而纸尿裤厂商们也纷纷投入口罩的怀抱,虽说后疫情时期基本平稳回归,但纸尿裤行业也是度过了一阵艰难时期。

  【拉拉裤结构】

运动控制运动控制

运动控制

  注:1、亲水无纺布(表层) 2、拒水无纺布(立体护围) 3、传导层无纺布 4、棉芯 5、高分子 6、上层卫生巾 7、下层卫生巾 8、PE 底膜 9、底膜复合无纺布 10、腰围内侧无纺布 11、腰围外侧无纺布 12、腿部橡筋 13、防侧漏护围橡筋 14、腰围 15、腰围橡筋

  1.2 设备概况

  【客户概况】

  · ***机械制造有限责任公司(以下简称“**”)成立于1988年,是国内领先、世界知名的一次性卫生用品生产设备的专业制造商。

  · 产品涵盖婴儿纸尿裤、训练裤;妇女卫生巾、护垫;成人纸尿布及成套包装设备。

  1.3 设备技术指标(客户要求指标及竞争对手数据)

  【主要技术参数】

  电源:三相,380V,50/60HZ

  合格率:≥97%(不包含胶机、换接料或材料接头所产生的废次品)

  生产速度:600 pcs/min

  产品尺寸:小号,中号,大号,加大号

  【设备优势】

  1.人机操作界面,全伺服高自动化控制

  2.安全PLC系统,安全IO,安全STO

  3.自动张力控制:配置张力开卷系统,恒张力控制及储料机构,材料纠偏系统。

  4.自动纠偏系统

  5.质量控制,自动剔废

  2 设计方案

  2.1 初步方案,选型难点等

  【安全PLC系统】

  宝洁要求使用安全PLC以及安全IO,并且需要符合ISO 13849-1 PL e及IEC 61508 SIL 3认证。

  【IQ-R系列安全PLC优势】

  安全CPU符合国际安全标准,可同时控制常规系统和安全系统。此外,可通过操作直观的工程软件GX Works3,集中进行常规控制和安全控制的编程。

  网络优势:

  CC-Link IE Field现场网络是使用工业以太网(1000BASE-T)的高速且大容量的开放型现场网络,有以下几个优点:

  (1)一般通讯与安全通讯组合

  可通过CC-Link IE Field网络整合常规通信和安全通信,在进行安全通信时,也可使用常规的以太网电缆,无需使用专用电缆等。经由CC-Link IE Field网络,可将安全开关和安全光幕等连接到使用了安全CPU的系统,构建混合常规控制和安全控制的系统。

  (2)数据通讯

  在CC-Link IE Field现场网络中,主站与从站进行高速且大容量的数据通信,分为定期通信和非定期通信。

  (3)高通信速度

  由于通信速度达到了1Gbps,提高了控制器之间通信以及控制器与现场设备通信的效率,进而缩短了生产节拍时间。

  (4)使用以太网规格的电缆

  连接接口使用了以太网规格的1000BASE-T,因此可以使用市面上销售的1000BASE-T规格对应的以太网电缆,减少了配线成本。

  (5)根据系统配置灵活配线

  网络配线可进行星型连接、线型连接、环型连接或混合连接。控制系统进行星型连接时需要使用支持1000BASE-T的工业级交换式集线器。由于一个网络中可同时存在星型连接及线型连接,因此控制盘之间可进行星型连接,流水线内可进行线型连接,灵活配线。

  【与以往机型相比】:

运动控制

  【伺服系统】

  此次拉拉裤主机线有101根伺服轴,功能方面需要:高级同步控制功能;凸轮功能;限位输出功能;Mark检测功能;

  选用2个R64MTCPU的128轴系统。

  R64MTCPU为可使用各种定位程序进行定位控制、同步控制、速度/转矩控制等高级运动控制的CPU模块。采用在同一基板模块上安装了可编程控制器CPU模块和运动CPU模块的多CPU系统,可实现高速顺序控制和高精度运动控制。

运动控制

  2.2 选型思路,选型计算

  【喷胶控制】

  以往的喷胶控制使用的是Motion的限位输出功能或者使用胶机自己的控制器。使用Motion的限位输出功能,当主机线生产速度达到600 pcs/min后,在间隔比较小的喷胶位置,会出现不喷胶的情况。分析其原因可能和限位输出功能的处理周期和基板通讯周期过长有关,Motion限位输出功能不能满足高速化喷胶的控制。此次拉拉裤线的标准速度为600pcs/ min,后续项目可能会达到600 pcs/min~1000 pcs/min。需要寻找一种满足超高速喷胶的控制方法。

  根据客户的技术要求选择使用柔性高速I/O控制模块RD40PD01。柔性高速I/O控制模块的输入输出响应不受CPU模块的扫描时间和总线性能的影响,可实现μs级的高速响应,大大提高点胶精度。由于要进行硬件运算,因此响应时间的偏差更少,确保点胶输出控制稳定。配置了FPGA,使用工具进行FPGA的简单设置,可降低硬件逻辑的开发成本。

  【RD40PD01模块主要性能参数】

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  2.3 选型结果,最终方案配置,系统配置

  【方案配置】

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运动控制

  3 项目总结

  此次项目使用了三菱IQ-R系列安全PLC系统,此系统整合了一般控制与安全控制,大大节约了系统成本。而且,CCLink IE Field 高速大容量的开放网络,也整合了一般远程I/O、远程起始模块以及安全远程I/O,兼容了一般通讯与安全通讯,简化了繁杂的系统配置与现场网络布线;高速和安全的数据通讯也保证了数据的实时性与安全性。

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