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1、前言中国生活用纸和市场发展前景:生活用纸是与消费者关系密切的日常生活用品之一，凡有人群特别是妇女、儿童、老人的地 方就有潜在的消费市场，属于日不落工业。二十世纪九十年代以来随着经济的发展和人民在思想 文化观念以及消费习惯上的变化，中国生活用纸市场异军突起，市场消费潜力得到了空前的提升， 据统计，1999 年中国生活用纸市场消费总量约 230 万吨。目前生活用纸总的需求量仍在稳定增长， 在生产方面，企业向规模生产、集约化经营方面发展，技术装备向大型快速现代化方向发展，水 平明显提高；在市场方面由于生产能力的增加，供方市场的形成以及经济转向期造成的下岗人员 的增加，致使消费者对价格变动敏感性提高，
2、生活用纸和其他消费品一样进入微利时代，市场竞 争十分激烈。中国是全球人口最多的国家，在以往 20 年中，中国经济实现世人瞩目的快速增长，近两年即 使受到亚洲金融危机的影响，国内生产总值的增长率仍达到7以上。随着中国经济的持续增长， 城乡人民收入稳定增加，致使对消费品的需求亦有强劲增长，随着人民生活水平的不断提高，生 活用纸市场在今后十几年内仍将持续繁荣，总量稳步增长并逐渐呈现小康型消费特征。消费层次 出现多样化且向中高档过渡，消费领域不断扩展，市场竞争也更加激烈。由于潜在的市场容量的 存在以及产品的升级换代，今后生活用纸有着非常好的发展前景，关键在于技术创新和降低成本， 开发适合市场的产品，拓
3、展农村市场和海外市场。 目前我国生活用纸行业的设备状况及存在的问题:单机生产速度低，设备的柔性度低，自动化程度低，生产线的设备制造水平低,技术装备总体 水平低等方面。主要是台湾产或仿制台湾的大陆产设备，型号较旧、性能较差、单机生产能力低 1991 年后广州保洁纸品公司、邯郸舒尔美集团公司、威海信威卫生材料有限公司、福建恒安集团、 广东维达纸业股份有限公司等分别从日本瑞光、日本纸工机、日本东亚机工、意大利发明家、意 大利CCE、德国W+D、美国PCMC等公司引进数十条高速、高性能的功能纸生产线，大大提升了我 国技术装备的总体水平。在吸收消化国外设备先进技术的基础上， 1997 年后国产设备制造水
4、平迅速提高， 1998 年后， 功能纸生产线已基本实现国产化。大部分老设备也经过技术改造实现了第一轮更新换代。本人在这次毕业设计中从事的是功能纸生产系统中对原材料的张力控制，主要表现在利用三 菱FA工厂自动化系统中MR-J2S伺服控制系统及Q173-N运动控制器对自动化生产线原材料中心开 卷进行控制。传动设计-张力控制系统在整个生产线生产过程中起到了致关重要的作用，因生产 线自动化程度很高，所以张力控制系统的存在是对整条生产线利用原材料生产成品的过程中对原 材料的张力控制，保持原材料的拉伸、形状、温度与速度等等，并且与同步控制、自动化控制紧 密相关，存在着相辅相成的作用。在本次毕业设计中所采用
5、的是日本三菱电机公司的PLC控制系 统及伺服控制系统，通过对系统的选型及对控制方案的选择后，针对自己所设计的专题进行了图 文并貌的说明，并编制了 I/O地址表及PLC/SFC功能程序。此次张力系统设计进一步完善了以电 机控制的生产线自动化控制，并对自动化生产线原材料生产起到了极大的辅助作用，为自动化生 产的快速、高效、稳定发展奠定了坚实基础。生产线工艺流程对电气控制系统的要求1 生产工艺流程及对电气控制系统的要求功能纸产品技术要求（根据 GB-8939-1999 标准卫生护垫部分）（1）、产品规格及偏差（1）全长：L=260mm偏差：L10%（2）全宽： L=70 mm偏差： B10（ 3 ）
6、条质量：吸水质偏差计算：上偏差（%）=（最大值一平均值）/平均值X100%下偏差（%）=（平均值一最小值）/平均值X100%（注：平均值10 条样片的平均值）（2）、产品应洁净且均匀一致，防渗层完好，无破损，无硬质块。（ 3 ）、产品两端封口应牢固，在吸水倍率实验时不破裂。（ 4 ）、产品背胶粘合强度应符合要求，即喷（刮）胶效果良好，产品频繁使用时不位移，离型膜 不应自行脱落，并能自然、完整撕下。生产线有关技术要求（1）、稳定运行车速：P/Min$1200片/分（2）、设备运行精度：生产速度1200片/分时，产品行为公差W10%（3）、设备动态性能：快速启动/停车时，产品过度偏差W5%（4）、
7、材料张力控制：在整个速度范围内，材料张力恒定。启/制动过程中无过度张力变化, 并能实现在线张力给定。卷芯驱动放卷装置，以免损伤材料表面。在现实时计算材料卷 径（自动产生接料指令，并完成自动接料过程）（ 5）、自动检测及自动控制：系统应配有相位自动检测装置并能实现相位自动补偿； 无料（断料）检测并实现不停机换料；不良品检测实现自动剔除次品； 系统运行故障检测。（6）、人机界面：应具有运行参数自动/手动设定功能、操作指导功能、运行监视及故障点提示 功能等。（ 7）、生产管理：各种单位时间的产量统计（班产量、日产量等）； 成品率或废品率统计；各种消耗统计（包括原材料、辅料、电耗等）；正常运行时间及异
8、常停机时间（停机率）统计;各种报表自动生成。生产线工艺流程说明1、工艺流程说明：（1）形式：左手横出式生产线、超薄型、离型膜快易包装;（2）原料：芯料：采用高分子吸水纸并复合药芯无纺布; 渗水层：采用热风无纺布;防水层：采用 PE 流延膜。2、工艺流程简述：（1） 药芯无纺布由伺服电机恒张力放卷，经自动接料器、浮辊及夹送辊 进行结构胶尖断式喷涂后，送至吸毂切刀，根据工艺长度要求切断;（2）切断后的药芯被负压吸毂“拉档”后（拉档距离由工艺参数决定）与吸水纸复合并送 入芯纸切刀，对芯纸按工艺要求进行成形切断;（3）渗水层无纺由恒张力放卷经接料器、浮辊、结构胶枪（连续）施胶，送入芯纸接料辊 并与芯纸
9、复合后，再送入电热压花辊压花;（4）防水层流延膜，由恒张力放卷，经接料器、浮辊、结构胶枪（连续）施胶后与带有芯 纸并经压花后的无仿布复合，送入电热周封辊进行周边热封，再经负压皮带送入成品 切刀进行成形切断。至此，产品成型全过程结束，以下为快易包装工艺流程。（5）离型包装膜由恒张力放卷，经接料器、浮辊、纠偏装置、低温胶枪（间断）施胶后， 再经导向料轴送入成切后活动式接料皮带，与成品护垫复合，送入包装机。（6）经包装机折叠后，再经压送皮带压实送入电热端封辊进行端部热封，再经负压皮带送 入端切辊切断。至此，产品单个包装过程结束。（7）一个包装成品经端切辊后皮带送入整列排队机构，由人工进行中包装、大包
10、装;或自 动化装置实现自动中包装、大包装，最后入库。控制方案的比较和选择（系统选型及系统配置）1 控制方案比较张力控制根据用途有各种方式，这里就下面 4 中方式说明其概要及系统设计要求。（1） 采用转矩电流控制的张力控制。（2） 采用拉延的张力控制。（3）采用调节辊的张力控制。（4）采用张力检出器的张力控制。 虽然根据控制方式有些不同，但张力控制多以转矩控制为基础，而其他控制对象多以速度控 制为基础。另外，不管哪一种控制方式，下面所述的都是以滚筒与加工物之间不产生滑动为前提 条件。2 几种张力控制方式（1）采用转矩电流控制的张力控制：A. 控制方式：图 2-1 所示的系统，用滚筒 1 移动加工
11、物，给滚筒 2 施加与旋转方向相反的转矩，使两组 滚筒间的加工物具有张力。张力与传动滚筒 2 电机的再生制动转矩的大小成比例。因此，逆变 器 1 可以采用频率或速度控制方式的一般类型，因而逆变器 2 必须使用具有转矩控制能力的矢 量控制方式。转矩电流控制方式采用直流机时，作为电枢电流张力控制最为简单，广泛被应用 但采用逆变器传动的鼠笼机时，必须使用专用逆变器，所以应当与其它方式比较得失后再采用。B. 设计要点：本方式当加工物断裂时滚筒 2 将反向恒转矩加速，有超速的危险，所以必须使用有速度限 制功能的逆变器。另外，为了滚筒间引入加工物的准备工作和维修作业等，逆变器 2 也设有通 常的速度控制功
12、能，按需要可以考虑切换运转。图 2.1 根据转矩电流分量的张力控制Fig.2.1 According torque current weight tension control（2）采用拉延的张力控制：A.控制方式：两组滚筒的速度差的比称为拉延。即，图 2-2中拉延可用下式表出。图 2.2 拉延产生的张力Fig. 2.2 Bringing service generated tensionD=（V1-V2）/V2式中，D：拉延VI、V2：各滚筒的加工物传送速度 有拉延的两组滚筒间的加工物产生如下式的张力。T=E*S*（V1-V2）/V2=E*S*D式中，T：张力（kg）E：加工物的弹性系数（k
13、g/mm2）S：加工物的截面积（mm 2）可见，张力与拉延成比例，但是对于弹性系数大的加工物，很小的拉延变化，周围温度、水 分含量的变化，以及厚度不均和产生滑动等将引起张力很大变动，所以不太实用。对于像轮胎那 样弹性系效J、的材料，同时要求一定张力和一定延伸率时控制比较容易实现。图2-3示出拉延图 2.3 采用拉延的张力控制Fig. 2.3 Using drag Spur tension controlB.设计要点：为了提高张力精度，就需要提高技延精度，也就是两台电机的转速精度。 根据材料的种类，通常应该使用具有速度反馈控制的逆变器。还有，当滚筒 2的机械系统损耗低、 滚筒 2 上侧加工物的张
14、力非常小时，滚筒 2也可能要 求负负载，所以根据需要逆变器 2应具有制动功能。（3）采用调节熟的张力控制：A.控制方式：所谓调节辊就是如图 2-4 所示的装置，利用弹簧或气压、重锤在一定方向上施加一定大小的 力，不管其位置是否变动始终使加工物保持定的张力。使用调节辊时，张力与逆变器的控制没 有直接关系，其大小为图中力 F 的一半。但是调节辊所具有的张力控制功能只限于在其害许行程 以内。在调节辊张力控制方式中，逆变器传动电机的作用就是使调节辊在容许行程以内。图 2-5 示出调节辊张力控制的实例。同步信号机装在调节辊上，将距离动作中心位置朝位移 量变换为电信号取出，作为补偿信号加到逆变器 1 的频
15、率指令上。此信号的极性当调节辊向上偏 时使滚筒 1 的速度下降，向下编时使速度上升。这样，调节辊被控制成经常保持在行程的中心位 置。这种张力控制方式具有过渡误差可以在机械侧被吸收的优点，所以用简单的 VF 控制通用逆变器就可以构成系统。固定譲筒蹄整励I 町动方向图 2.4 调节辊Fig. 2.4 Roller图 2.5 采用调节辊的张力控制Fig. 2.5 Used to regulate roller tension controlB.设计要点：本张力控制方式充分发挥在机械侧能吸收过渡误差的优点，不加复杂控制就可以在短时间的 同步加减速或加工物的自动连接等用途中使用。但是根据所吸收误差的大小，调节辊的行程也需 要增大。另一方面，与其他张力控制方式比较，张力的给定和变更不能用电气方法进行，必须依赖弹 簧压或气压等机械部分的调整。（4）采用张力检出器的张力控制：A 控制方式：对于要求张力精度或者调节辊失调对产品质量影响很大的场合，可采用藉助于张力检出器的天津理工大学2006届毕业设计（论文） 反馈控制。检出器有差动变压器式和沙力传感器式等种类。本方式基本上以前述利用转矩电流的 张力控制为基础，加上利用检出器的反馈补偿回路构成。图 2-6 为造纸厂的最后工序，示出卷取机和卷放机，
