GDX500包裝機(jī)商標(biāo)卷盤(pán)用盡自動(dòng)換卷拼接技術(shù)應(yīng)用

唐翰犀 李占榮 李樹(shù)恩

摘 要：商標(biāo)單箱消耗指標(biāo)是卷煙工廠對(duì)標(biāo)中的重點(diǎn)控制指標(biāo)，也是車(chē)間KPI指標(biāo)中難以完成的指標(biāo)之一。目前紅塔集團(tuán)玉溪卷煙廠裝備的GDX500包裝機(jī)采用功能單一的商標(biāo)卷盤(pán)翻轉(zhuǎn)、商標(biāo)卷盤(pán)耗盡抬桿式直徑檢測(cè)裝置完成商標(biāo)卷盤(pán)自動(dòng)換卷，檢測(cè)方式屬于模糊控制型，未能精確檢測(cè)商標(biāo)剩余量，致使商標(biāo)自動(dòng)換卷拼接消耗居高不下。本文設(shè)計(jì)了一種新型GDX500包裝機(jī)商標(biāo)卷盤(pán)自動(dòng)換卷拼接裝置，并基于原機(jī)的G.D-PLC/MP2 控制系統(tǒng)采用GDL語(yǔ)言編制控制程序，優(yōu)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)商標(biāo)剩余量的精確檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：商標(biāo)單箱消耗；自動(dòng)換卷拼接裝置；GDL語(yǔ)言；精確檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TS896 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）11-0067-02

商標(biāo)單箱消耗指標(biāo)是玉溪卷煙廠對(duì)標(biāo)中的重點(diǎn)控制指標(biāo)，也是車(chē)間KPI指標(biāo)中難以完成的指標(biāo)之一，工廠考核車(chē)間的指標(biāo)定額是2500.02張每箱，目前車(chē)間總體商標(biāo)消耗控制在了2506張，距工廠考核值還有相當(dāng)?shù)木嚯x。車(chē)間重點(diǎn)分析了商標(biāo)消耗的浪費(fèi)因素，主要是商標(biāo)拼接剩余量的浪費(fèi)，GDX500包裝機(jī)每次完成商標(biāo)自動(dòng)換卷拼接平均消耗的商標(biāo)紙為75張，是最直接的浪費(fèi)，同時(shí)通過(guò)技術(shù)改造降低的可行性亦是最高。

1 現(xiàn)有商標(biāo)紙拼接裝置的缺陷

目前GDX500包裝機(jī)采用功能單一的商標(biāo)卷盤(pán)翻轉(zhuǎn)、商標(biāo)卷盤(pán)耗盡抬桿式直徑檢測(cè)裝置完成商標(biāo)卷盤(pán)自動(dòng)換卷。具體方式是商標(biāo)卷盤(pán)耗盡測(cè)算依靠抬杠臂帶動(dòng)一個(gè)支架靠近接近開(kāi)關(guān)2S340進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)支架完全遮擋接近開(kāi)關(guān)2S340，系統(tǒng)就認(rèn)為商標(biāo)卷盤(pán)耗盡。該檢測(cè)方式屬于模糊控制型，在實(shí)際工作過(guò)程中，因商標(biāo)生產(chǎn)批次、廠家的變更，商標(biāo)卷盤(pán)卷芯直徑在所難免會(huì)有差異，加之商標(biāo)卷盤(pán)卷芯變形的情況時(shí)有發(fā)生，現(xiàn)有的檢測(cè)方式無(wú)法甄別出上述異常情況，致使商標(biāo)自動(dòng)換卷拼接消耗居高不下；同時(shí)商標(biāo)卷盤(pán)轉(zhuǎn)架上抬杠臂與支架相連的聯(lián)動(dòng)裝置因長(zhǎng)期磨損導(dǎo)致支架動(dòng)作不精確，也會(huì)影響系統(tǒng)商標(biāo)卷盤(pán)耗盡的檢測(cè)；再者，現(xiàn)有系統(tǒng)商標(biāo)拼接控制參數(shù)為常量不具備可調(diào)性，致使商標(biāo)自動(dòng)換卷拼接故障率高。

2 新型GDX500包裝機(jī)商標(biāo)卷盤(pán)自動(dòng)換卷拼接裝置的研制

要徹底消除上述因素對(duì)商標(biāo)卷盤(pán)耗盡自動(dòng)換卷拼接的影響，原機(jī)檢測(cè)方式是不可能實(shí)現(xiàn)的，必須尋求其它的檢測(cè)方法。經(jīng)過(guò)研討分析，決定用脈沖盤(pán)和脈沖傳感器替代原機(jī)的支架和接近開(kāi)關(guān)，通過(guò)脈沖傳感器感應(yīng)傳動(dòng)脈沖，并根據(jù)脈沖解算商標(biāo)卷盤(pán)實(shí)時(shí)卷盤(pán)直徑，將原機(jī)的模糊控制優(yōu)化為精確的數(shù)字控制。

2.1 設(shè)計(jì)原理

所采用的脈沖盤(pán)和脈沖傳感器構(gòu)成邏輯編碼齒盤(pán)裝置（如圖1所示），實(shí)現(xiàn)對(duì)商標(biāo)紙剩余量精確檢測(cè)的關(guān)鍵是換算采樣邏輯編碼齒盤(pán)計(jì)量齒的頻率商標(biāo)卷盤(pán)直徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

根據(jù)以上推導(dǎo)公式，卷盤(pán)轉(zhuǎn)架上卷盤(pán)的直徑與卷盤(pán)轉(zhuǎn)架邏輯編碼齒盤(pán)計(jì)量齒的采樣頻率一一對(duì)應(yīng)，互成反比。因此當(dāng)商標(biāo)紙脫離卷芯時(shí)，商標(biāo)紙的直徑達(dá)到最小值，脈沖傳感器采樣頻率達(dá)到最大值，此時(shí)將執(zhí)行拼接程序，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)商標(biāo)卷盤(pán)耗盡的精確檢測(cè)，將商標(biāo)自動(dòng)換卷拼接消耗降至最低。

2.2 拼接裝置實(shí)物

如圖2所示，如上所述的精確GDX500包裝機(jī)商標(biāo)卷盤(pán)自動(dòng)換卷拼接裝置核心部件為邏輯編碼齒盤(pán)（4）、計(jì)量齒（4-1）和檢測(cè)器（5）。檢測(cè)器（5）為電感式接近開(kāi)關(guān)，邏輯編碼齒盤(pán)（4）上設(shè)有6個(gè)計(jì)量齒（4-1），邏輯編碼齒盤(pán)（4）隨剎車(chē)輪（2）轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，計(jì)量齒（4-1）接近檢測(cè)器（5）的頻率隨商標(biāo)直徑的變化而變化，從而將卷盤(pán)直徑信息轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)所接收到的頻率信號(hào)控制商標(biāo)卷盤(pán)自動(dòng)換卷。

3 控制程序的編寫(xiě)、優(yōu)化

卷盤(pán)直徑換算在卷包設(shè)備上的應(yīng)用極為廣泛，基于其應(yīng)用環(huán)境及卷包設(shè)備控制系統(tǒng)的不同，各類(lèi)設(shè)備采用迥然不同的計(jì)量換算方法。GDX500包裝機(jī)電氣控制系統(tǒng)是基于INTEL 80386（32位）微機(jī)的G.D-PLC/MP2系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理相對(duì)容易的多，控制程序通過(guò)GDL語(yǔ)言編程，閱讀或修改均極為便利。GDX500包裝機(jī)應(yīng)用計(jì)量卷盤(pán)轉(zhuǎn)架邏輯編碼齒盤(pán)頻率來(lái)?yè)Q算商標(biāo)卷盤(pán)直徑，控制卷盤(pán)支架的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)及卷盤(pán)自動(dòng)拼接換卷，理論上切實(shí)可行。

為了有效避免因設(shè)備生產(chǎn)速度變化而造成卷盤(pán)實(shí)時(shí)直徑換算的誤差，應(yīng)用固定機(jī)器編碼器轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)采樣計(jì)量卷盤(pán)轉(zhuǎn)架邏輯編碼齒盤(pán)頻率，固定機(jī)器編碼器轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)置依據(jù)為采樣計(jì)量間距不超過(guò)商標(biāo)卷紙耗盡時(shí)的卷盤(pán)周長(zhǎng)，以此保證每層商標(biāo)紙預(yù)松卷過(guò)程至少有一次直徑采樣計(jì)量。根據(jù)新增硬件設(shè)施編寫(xiě)相應(yīng)的GDL程序完成控制功能?？刂瞥绦蚩驁D如圖3所示。

當(dāng)在用商標(biāo)卷盤(pán)直徑達(dá)到預(yù)置加速緩沖直徑時(shí)，機(jī)器速度降至設(shè)定值，同時(shí)供紙輥電機(jī)加速使緩沖增加到緩沖的90%，機(jī)器保持當(dāng)前速度運(yùn)行直至商標(biāo)卷盤(pán)用盡，即商標(biāo)紙脫離卷芯，此時(shí)執(zhí)行拼接程序。自動(dòng)換卷拼接啟動(dòng)時(shí)設(shè)備速度降至預(yù)定速度，供紙輥電機(jī)以預(yù)置速度進(jìn)行商標(biāo)標(biāo)記尋址，當(dāng)標(biāo)記檢測(cè)器尋址到標(biāo)記后，商標(biāo)卷盤(pán)耗盡自動(dòng)換卷拼接啟動(dòng)，拼接完成后設(shè)備速度恢復(fù)到生產(chǎn)速度。

4 結(jié)論及成果

4.1 硬性收益

通過(guò)對(duì)原機(jī)商標(biāo)自動(dòng)換卷拼接系統(tǒng)的改造，達(dá)成了預(yù)定目標(biāo)：解決原機(jī)抬桿式檢測(cè)商標(biāo)耗盡容易受商標(biāo)紙卷盤(pán)卷芯直徑差異而過(guò)多消耗商標(biāo)的問(wèn)題，使商標(biāo)耗盡卷盤(pán)不留殘余量。同時(shí)，提高商標(biāo)卷紙拼接系統(tǒng)控制精度。商標(biāo)拼接消耗由75張下降到10張以下，設(shè)備停機(jī)次數(shù)≤0.39次/卷（如圖4所示）。

4.2 軟性收益

到目前為止，GD公司在GDX500及GDX6S等經(jīng)典包裝機(jī)中商標(biāo)及內(nèi)襯等輔料自動(dòng)換卷拼接系統(tǒng)中都應(yīng)用傳統(tǒng)的機(jī)械抬杠式卷紙耗盡測(cè)算方法。本文針對(duì)GDX500包裝機(jī)原機(jī)設(shè)計(jì)了全新的商標(biāo)卷盤(pán)耗盡自動(dòng)換卷拼接系統(tǒng)，應(yīng)用固定機(jī)器編碼器轉(zhuǎn)數(shù)卷盤(pán)松卷定長(zhǎng)采樣頻率計(jì)量換算卷盤(pán)直徑的方法，根本上解決了原機(jī)抬桿式檢測(cè)商標(biāo)耗盡容易受商標(biāo)紙卷盤(pán)卷芯直徑制作差異而過(guò)多消耗商標(biāo)的問(wèn)題。該項(xiàng)目通過(guò)自主設(shè)計(jì)商標(biāo)卷盤(pán)直徑定位算法，自行編制GDL源程序，實(shí)現(xiàn)GDX500包裝機(jī)商標(biāo)卷盤(pán)用盡自動(dòng)換卷拼接。

隨著該技術(shù)成果在紅塔集團(tuán)玉溪卷煙廠的成熟應(yīng)用，其影響力不僅局限于GDX500包裝機(jī)降低商標(biāo)拼接消耗方面的貢獻(xiàn)，將對(duì)遍及世界GD系列包裝機(jī)在降低商標(biāo)紙拼接消耗研究中發(fā)揮積極的作用，為煙草企業(yè)自主研究G.D-PLC/MP2控制系統(tǒng)設(shè)備提供示范作用。提出的卷盤(pán)直徑計(jì)量換算理論及編程設(shè)計(jì)可推廣應(yīng)用到采用G.D-PLC/MP2控制系統(tǒng)的設(shè)備卷盤(pán)直徑計(jì)量換算應(yīng)用中，同時(shí)，對(duì)廣泛的卷盤(pán)直徑計(jì)量換算領(lǐng)域的研究及應(yīng)用提供了思路。

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