YJ212接裝機搓板自動清潔裝置的研究與設計

姜冬子 王金晨 褚洪國 宋慧星

(山東中煙工業(yè)有限責任公司濟南卷煙廠)

YJ212接裝機搓板自動清潔裝置的研究與設計

姜冬子 王金晨 褚洪國 宋慧星

(山東中煙工業(yè)有限責任公司濟南卷煙廠)

為減少卷煙機主設備YJ212接裝機因搓板堵塞而造成的停機時間，提高搓板清潔速度，提高卷煙質量，設計了一套搓板自動清潔裝置。通過壓縮空氣與銅絲刷清潔配合，徹底清潔鼓輪和搓板的附著物和膠垢。采用設備原主控制器S7-400 PLC編寫控制功能塊，實現(xiàn)搓板自動清潔裝置的3種工作模式。試驗結果表明：搓板堵塞造成設備停機后，搓板自動清潔裝置一次清潔成功率達到98%以上，煙支泡皺率由8%降低到3%，搓板清潔時間由原來的每次45s降低到10s。

搓板自動清潔裝置 YJ212接裝機 S7-400 PLC 搓板堵塞

YJ212接裝機是ZJ112型卷煙機組兩大主要組成設備之一，是中國煙草機械技術中心在PROTOS 90E卷接機組專有技術基礎上研制的國產(chǎn)高速機型。在日常生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)速度較高，任何煙支的位移和交接不順暢都會引起搓板堵塞，操作工需打開機器防護罩，用銅絲刷清理搓板表面的膠垢和附著物。由于搓板堵塞是設備的主要故障之一，所以清潔搓板用時較長，影響了機器的生產(chǎn)效率；若搓板清潔不及時，容易使生產(chǎn)的煙支出現(xiàn)泡皺質量缺陷，嚴重影響產(chǎn)品質量。因此，為了減少因搓板堵塞而造成的停機時間，提高搓板清潔速度，提高卷煙質量，研究設計一種高效的搓板自動清潔裝置勢在必行。

1 搓接成型原理

搓接鼓輪和搓板的作用是使接裝紙紙片包裹組煙，從而形成雙倍長度的濾嘴卷煙，并將機器在啟動和停止過渡期以及其他非正常期生產(chǎn)的煙支剔除。

濾嘴卷煙搓接成型原理如圖1所示。搓接鼓輪從靠攏鼓輪處接收粘有接裝紙紙片的組煙，搓接鼓輪煙槽中的吸風使組煙落入煙槽，同時搓接鼓輪外圓面上氣孔的吸風將接裝紙片平鋪在帶直紋的外圓面上。進入搓接工作位置時，由于啟動軌與搓接鼓輪煙槽的間距為煙支直徑減去0.7mm，因此啟動軌必然將組煙從煙槽中帶出，并使組煙在搓接鼓輪圓弧面與搓板之間滾動，從而使接裝紙片將組煙緊密包裹粘合形成雙倍濾嘴卷煙，成型后的雙倍濾嘴卷煙從搓板滾出時恰好落入搓接鼓輪的第3個煙槽中。如果在搓接過程中由于滑動造成煙支發(fā)生移位，歸位鼓輪的輔助加速作用可幫助雙倍濾嘴卷煙落入煙槽。組煙在滾動過程中，加熱的搓板可使接裝紙片上的膠水被即時燙干[1]。

圖1 濾嘴卷煙搓接成型原理

搓接鼓輪內的配氣座控制搓接鼓輪的吸氣范圍，使搓接鼓輪表面的吸風在靠近搓板時停止、離開搓板之前接通。

搓板出口處裝有監(jiān)測器，如果監(jiān)測器監(jiān)測到連續(xù)10支卷煙丟失，則表示搓板堵塞并發(fā)出立即停機信號。

搓接鼓輪外圓上均勻分布著22個煙槽和鋸齒直紋、132個φ2.5mm的氣孔。搓接機構如圖2所示，搓板的工作表面由一段帶齒的圓弧面和一段光滑的圓弧面組成。搓板前端裝有啟動軌，搓板中裝有加熱器和溫度傳感器，搓板裝在轉臂上，并通過連桿和關節(jié)軸承與氣缸活塞桿連接，由氣缸控制搓板進入或離開工作位置。

圖2 搓接機構

2 搓板清潔裝置總體設計

2.1 機械結構部分

在搓接裝置的右側設計了一套搓板自動清潔裝置，其結構如圖3所示，包括機械部分、氣動部分和電氣控制部分。

圖3 搓板清潔裝置結構

機械部分包括磁性耦合無桿氣缸、清理銅刷、吹氣管和氣缸支架。清理銅刷安裝在磁性耦合氣缸上并通過螺釘固定；磁性耦合無桿氣缸安裝在氣缸支架上與設備主墻板連接；吹氣管由圓形吹氣管和弧形吹氣管組成。圓形吹氣管主要清潔搓板上的附著物，弧形吹氣管主要清潔吸附在搓接鼓輪上的煙支和碎紙片。圓形吹氣管安裝在主墻板上，在搓板降落時位于其上方30mm處，吹氣管的氣孔對準搓板的里側位置，為方便角度調整，所以設計成圓形；弧形吹氣管也固定在主墻板上，吹氣管的氣孔正對準每一個搓接鼓輪的10個承煙槽[2]。

氣動部分(圖4)由二位五通電磁閥、磁性耦合無桿氣缸、排氣節(jié)流閥、二位三通電磁閥、單向節(jié)流閥、吹氣管和其他輔助元件組成。兩個電磁閥分別安裝在接裝機后方配氣盤的支架上，二位五通電磁閥和排氣節(jié)流閥分別設置在磁性耦合無桿氣缸回路上，二位三通電磁閥和單向節(jié)流閥分別設置在吹氣管回路中。

圖4 搓板清潔裝置氣路

2.2 控制系統(tǒng)部分

ZJ112型卷煙機組控制系統(tǒng)的核心是S7-400 PLC系統(tǒng)，通過Profibus總線連接10個DP從站[3～5]，其總體結構如圖5所示。S7-400 PLC主站包括A100-A1/PS407電源模塊、CPU414-3DP、A100-A4HIP卡、A100-A6數(shù)字量輸入模塊(32位)、A100-A7數(shù)字量輸入模塊(32位)、A100-A8數(shù)字量輸出模塊(32位)、A100-A9數(shù)字量輸入模塊(32位)、A100-A10數(shù)字量輸入模塊(32位)和CP443-1以太網(wǎng)通信模塊。

YJ212接裝機部分共有4個從站，分別是A101M、A102M WAGO分布式I/O、A103M FESTO分布式I/O和MP2300安川PLC系統(tǒng)。

搓板自動清潔裝置的電氣控制系統(tǒng)(圖6)核心是PLC，系統(tǒng)采用原主控制器CPU414-3DP，不額外增加控制器，PLC輸入輸出點采用A101M、A102M WAGO分布式I/O原備用輸入輸出點，通過增加PLC控制程序實現(xiàn)相關功能。

圖5 S7-400 PLC系統(tǒng)總體結構

圖6 電氣控制系統(tǒng)框圖

自動/手動轉換開關采用三位置轉換開關，分別為手動、關閉和自動；搓板位置下檢測采用接近開關，用于檢測搓板是否處于下側位置；清掃氣缸位置檢測采用電磁耦合原理，即通過在氣缸內安裝磁環(huán)的方式檢測氣缸是否動作到位；搓板動作和清掃氣缸動作電磁閥均采用雙作用電磁閥；吹氣電磁閥采用高速單作用電磁閥[6～8]。

3 電路設計

電路設計的原則是可靠性和安全性，可靠性即在保證原設備功能的基礎上，增加搓板清掃功能電路；安全性即通過在動作輸出回路串聯(lián)安全繼電器的輔助觸點來確保設備和人員安全。

搓板動作電路(圖7)的設計是在原回路上串聯(lián)分布式I/O A101M-A43繼電器輸出，保證在原條件均滿足的情況下，程序控制搓板抬起時，搓板才能執(zhí)行抬起動作。設備原搓板控制開關S37M保持原有功能，即S37M處于任何狀態(tài)，搓板清掃動作都能進行，但清掃結束后，想要搓板抬起，S37M必須處于閉合狀態(tài)。

圖7 搓板動作電路

PLC輸入電路(圖8)的輸入點均采用原設備PLC的備用輸入點(A102M-A5、A102M-A8和A102M-A10)，分別接入搓板清潔裝置手動和自動模式、清掃氣缸伸出和收回位置檢測和搓板落下位置檢測。

圖8 PLC輸入電路

PLC輸出電路(圖9)的輸出除了一路繼電器輸出控制搓板動作外，還有兩路電平輸出，分別采用A101M-A52和A101M-A31備用輸出點?？刂魄鍜邭飧讋幼鞯妮敵龌芈反?lián)安全繼電器A58M常開觸點，A58M是串聯(lián)MAX上下防護罩安全開關的安全繼電器，即確保在MAX上下防護罩均關閉的情況下，清掃氣缸才能動作，否則無法動作。

圖9 PLC輸出電路

4 控制程序設計

4.1 工作模式

YJ212接裝機搓板自動清潔裝置的工作模式有以下3種：

a. 關閉模式，設備維持原有功能，搓板清潔系統(tǒng)不動作；

b. 自動模式，在設備正常開動過程中，當出現(xiàn)搓板堵塞信號時，在設備停穩(wěn)后，執(zhí)行清潔功能；

c. 手動模式，當設備停止時，若需清潔系統(tǒng)清潔搓板，必須將轉換開關從關閉模式切換到手動模式后，清潔系統(tǒng)才能執(zhí)行清潔功能。

4.2 輸入/輸出點分配

PLC的輸入/輸出點分配見表1，為了保證設備和操作安全，程序設計時需要考慮設備靜止監(jiān)視信號和上下防護罩檢測信號。

表1 輸入/輸出點分配情況

(續(xù)表1)

4.3 動作流程

搓板自動清潔裝置動作流程如圖10所示。為保證搓板和鼓輪能夠徹底清潔，采用吹氣-清掃-吹氣的清潔模式。當清掃氣缸動作完畢后，吹氣3s，當吹氣進行1s后搓板抬起，以保證搓板抬起后能夠繼續(xù)吹氣，將搓板下部的散落煙支、水松紙等清理干凈。

圖10 動作流程

若在清掃過程中上/下防護罩被打開，則暫停清掃流程，在防護罩關閉后繼續(xù)清掃。

手動、自動清掃流程的前提條件是搓板控制開關在上位置；若搓板控制開關在下位置，清掃過程也可以進行，但清掃結束后搓板不會抬起，只有當搓板控制開關處于上位置時，搓板才會抬起。

4.4 安全措施

加裝搓板上下到位檢測(搓板在上位置檢測取A59M閉合信號)，防止出現(xiàn)搓板未抬起就啟動設備或搓板未落下就啟動清掃氣缸的情況。

手動或自動清掃過程都要求在上下防護罩均關閉的情況下進行，有硬件和軟件雙重保護，若防護罩打開，程序控制停止清掃過程，同時，硬件通過安全繼電器A58M斷開清掃氣缸動作。

清掃動作必須在設備完全靜止的條件下進行，程序控制中需串入設備靜止監(jiān)測信號，若無靜止信號，則不啟動清掃過程。

5 結束語

試驗結果表明：YJ212接裝機加裝搓板自動清潔裝置后，煙支泡皺率由8%降低到3%，泡皺煙支比例大幅降低，煙支質量得到了有效提高。搓板堵塞停機后，清潔過程自動啟動，搓板清潔時間由原來的每次45s降低到10s，7臺設備可節(jié)約187h，能夠有效降低操作工的勞動強度，提高設備的有效作業(yè)率。

[1] 栗勇偉,喬建軍,馬少軍,等.卷接機組煙支搓接質量的研究及改進[J].煙草科技,2012,45(10):24～27.

[2] 王海峰,李東亮,孟振偉.PASSIM接裝機搓板堵塞檢測氣路清潔組件的改進[J].中國設備工程,2011,(8):44～46.

[3] 席英杰,劉文麗.簡述西門子S7-300/400的通訊功能及工業(yè)應用[J].自動化與儀表,2007,22(1):37～40.

[4] 李鵬翔.基于S7-400的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡的組態(tài)及應用[J].可編程控制器與工廠自動化,2013,(2):68～70.

[5] 寧金龍,楊海燕.ProfibusDP通信技術在DCS中的應用[J].石油化工自動化,2015,51(2):59～60.

[6] 文德明,洪杰.ZJ112型卷接機組電氣控制系統(tǒng)的改進[J].湖南文理學院學報(自然科學版),2010,22(1):88～91.

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[8] 徐世彬,劉煥東,龐銳.基于ProfiBus總線的污水監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].化工自動化及儀表,2009,36(3):79～80.

StudyandDesignofRollingBlockAuto-cleaningEquipmentonYJ212Assembler

JIANG Dong-zi, WANG Jin-chen, CHU Hong-guo, SONG Hui-xing
(ChinaTobaccoShandongIndustrialCo.,Ltd.)

To reduce the downtime caused by “rolling block jam” and increase the rolling block cleaning speed, as well as improve the quality of cigarettes in YJ212 cigarette assembler, the rolling block auto-cleaning equipment was designed. Through blowing and cleaning with wire brush, the glue and attachments on the drum and rolling block can be thoroughly cleaned, including having S7-400 PLC employed to write control function blocks so as to realize three working modes of the rolling block auto-cleaning equipment. The test results show that, when the “rolling block jam” incurs the equipment downtime, the rolling block auto-cleaning equipment’s success rate at one time of cleaning is over 98%, and the cigarette’s rate of wrinkling can be decreased from 8% to 3% as well as the cleaning time required by the rolling block can be shorted from 45s to 10s per time.

rolling block auto-cleaning equipment, YJ212 assembler, S7-400 PLC, rolling block jam

TH862

A

1000-3932(2017)04-0383-06

2016-08-17)

姜冬子(1972-)，工程師，從事煙機設備的運行與維護工作。

聯(lián)系人王金晨(1988-)，助理工程師，從事煙機設備的電氣維護工作，qzwangjinchen@163.com。