中支濾棒成型機中線膠施膠及供膠方式的改進

喻 濤

(紅云紅河集團 曲靖卷煙廠，云南 曲靖 655001)

0 引言

濾棒生產(chǎn)過程中，醋酸纖維絲束被成型紙包裹成型為濾棒，為防止絲束滑動，在成型紙上連續(xù)施加一定量的中線膠，其主要成分為乳膠，涂膠寬度為1 mm左右[1]。施膠方式為針式涂膠模式，噴膠嘴直接與成型紙接觸，膠液涂抹在成型紙上。供膠方式為自流式，膠液由儲膠箱沿膠管流入膠槍，膠量的大小通過手動閥門調(diào)節(jié)。生產(chǎn)中存在膠液斷流、膠量不能精確調(diào)節(jié)[2]等現(xiàn)象。中支濾棒成型機采用的成型紙為一種高透氣度成型紙，透氣度為10 000 CU，膠液反滲嚴(yán)重。為此，本文采用伺服控制系統(tǒng)對中線膠施膠及供膠方式進行了改進。

1 原供膠系統(tǒng)的組成及工作方式

原中支濾棒成型機中線膠供膠系統(tǒng)主要由儲膠箱、手動閥、膠管和膠槍、電磁閥等組成，如圖1所示。施膠方式為針式涂膠模式，供膠方式為自流式，膠量調(diào)節(jié)通過手動調(diào)節(jié)閥門開度的方式實現(xiàn)。

圖1 原供膠系統(tǒng)的組成

設(shè)備生產(chǎn)時確保打開手動閥，此時若成型機啟動，光電開關(guān)已檢測到生產(chǎn)的濾棒條，且延時到設(shè)定的時間后，電磁閥打開，壓縮空氣進入膠槍，打開膠槍噴嘴針[3]，膠液以自流的方式涂抹到成型紙上，形成一條約1 mm寬的膠痕。成型機停機時，電磁閥關(guān)閉，膠槍內(nèi)的噴嘴針關(guān)閉噴嘴，施膠過程結(jié)束。

2 原供膠系統(tǒng)存在的問題

生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)供膠系統(tǒng)主要存在以下問題：①通過手動閥門的開度來控制膠量，不能準(zhǔn)確控制施膠量的大小；②中線膠膠量由閥門的開度控制，與設(shè)備運行速度無直接對應(yīng)關(guān)系；③由于采用高透氣度成型紙，膠液滲透嚴(yán)重，導(dǎo)致成型舌、壓板、喇叭嘴等處積膠嚴(yán)重，易造成濾棒圓周不穩(wěn)、表面壓印等質(zhì)量問題，因此須操作工手動停機進行清理，降低了設(shè)備的有效作業(yè)率，增加了原輔材料的消耗，若調(diào)小膠量，又會導(dǎo)致絲束粘接不牢，濾棒在固化后出現(xiàn)縮頭現(xiàn)象；④采用重力自流式供膠,流量可控性差,當(dāng)膠管內(nèi)部存在干膠或空氣時，生產(chǎn)過程中易造成膠線的斷續(xù)，甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。

3 改進方案及具體實施

3.1 總體方案及工作原理

為解決以上問題，設(shè)計了一種伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其控制原理如圖2所示，將原有的自流式供膠、接觸式施膠的方式改進為齒輪泵供膠、非接觸式螺旋噴膠方式。為此，在原有PLC控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一臺伺服控制器來控制中線膠電機以驅(qū)動齒輪泵為螺旋噴膠膠槍供膠。伺服控制器與PLC之間采用PROFIBUS-DP總線進行數(shù)據(jù)交換，通過參數(shù)通道和過程通道來相互傳遞數(shù)據(jù)信息。伺服控制器與開松輥電機中間通過X9、X10端口進行數(shù)頻級聯(lián)，實現(xiàn)中線膠電機速度的比例跟隨。濾棒中線膠膠量的顯示、膠量的加減等通過修改觸摸屏程序添加到觸摸屏畫面，在觸摸屏上進行顯示和操作。

3.2 機械部分的改進及實現(xiàn)

機械部分的改進如圖3所示。保留原有的膠箱，膠箱安裝位置不變；在清洗、安裝膠箱時，為防止膠液從膠箱中泄漏，保留原有的手動閥；由于單支濾棒的中線膠膠量低，故齒輪泵的轉(zhuǎn)速低，為使齒輪泵在低速下運轉(zhuǎn)，在伺服電機后增加齒輪減速箱、帶輪、同步齒形帶；增加齒輪泵，齒輪泵進料口連接膠箱，出料口通過膠管為螺旋噴膠膠槍供膠；取消原有的接觸式膠槍，改用非接觸式螺旋噴膠膠槍，該膠槍的噴膠嘴與成型紙并不直接接觸，距離為5 mm左右。膠槍工作時，噴膠嘴在成型紙上產(chǎn)生一條螺旋形狀的膠痕。

圖2 改進后的控制系統(tǒng)原理圖

圖3 機械部分的改進

3.3 電氣部分的改進及實現(xiàn)

由于原設(shè)備主機運行控制采用倫茨伺服系統(tǒng),為保證控制方式的一致性及便于程序修改,中線膠獨立伺服驅(qū)動仍采用倫茨9300系列伺服控制器與倫茨伺服電動機?？刂破鞯氖鼓懿捎脙?nèi)部供電方式，端子X5/A1為24 V電源，使能端子X5/28直接連接端子X5/A1；在成型機操作面板上安裝一旋鈕開關(guān)，接入PLC輸入模塊，以實現(xiàn)手動控制中線膠泵的啟動和停止；伺服控制器通過PROFIBUS-DP總線與主機PLC進行通訊[4]，在AIF端口安裝PROFIBUS-DP通訊模塊2133IB，該通訊模塊適配幾乎所有倫茨變頻、伺服產(chǎn)品，可作為PROFIBUS-DP總線系統(tǒng)中的從站，過程通道通訊最多可設(shè)置12個過程字，支持參數(shù)通道通訊，可讀、寫所有倫茨產(chǎn)品的內(nèi)部參數(shù)。

采用倫茨伺服控制器的數(shù)字頻率級聯(lián)方式實現(xiàn)伺服電機的速度同步。數(shù)頻級聯(lián)是純粹的數(shù)字信號傳輸，信號傳輸非常精確，具有很高的可靠性。伺服控制器之間使用數(shù)頻線進行連接，由頻率輸出端口X10輸出，作為下一個控制器的輸入信號，從下一個伺服控制器的X9端口輸入。

3.4 PLC控制程序及操作界面的修改

在軟件STEP7中進行硬件組態(tài)[5]，在原有的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)上添加通訊模塊2133IB,DP地址設(shè)定為11。過程數(shù)據(jù)用于PLC控制和監(jiān)視控制器，參數(shù)數(shù)據(jù)用于讀寫控制器的參數(shù)，本例中需要使用參數(shù)通道和過程通道與PLC進行數(shù)據(jù)傳遞，選用8個字節(jié)的參數(shù)數(shù)據(jù)和3個字的過程數(shù)據(jù)，即PAR(8 Byte)+PZD(3 Words),起始地址分別為584、592。硬件組態(tài)完成后下載到PLC中。

對主機PLC控制程序進行修改，添加中線膠泵控制程序。將中線膠泵的接通條件改為：旋鈕開關(guān)接通，成型機啟動，光電開關(guān)檢測到生產(chǎn)的濾棒條，且設(shè)定的延時時間到達。接通條件滿足后，啟動控制字直接用MOVE指令寫入PQW592，伺服控制器啟動，伺服電機跟隨主機速度同步運轉(zhuǎn)，同時PLC輸出模塊輸出信號，電磁閥動作，膠槍獲得壓縮空氣，膠嘴打開，開始噴膠；旋鈕開關(guān)關(guān)閉或成型機停機時，將停止控制字用MOVE指令寫入PQW592，伺服控制器停止，同時電磁閥關(guān)閉，停止噴膠。膠量的調(diào)整通過操作觸摸屏上的加減按鈕改變電機速度來實現(xiàn)，電機速度用MOVE指令寫入PQW594。

在觸摸屏上添加中線膠控制界面，包括速度顯示、每米濾棒中線膠含量顯示、膠量修正系數(shù)設(shè)定及膠量加減按鈕，如圖4所示。其中，每米濾棒中線膠含量通過計算得出，計算公式為：

(1)

其中：v3為中線膠供膠速度，mg/m；n1為中線膠電機的轉(zhuǎn)速，r/min；v2為膠泵的額定供膠速度，mg/r；i為減速箱、帶輪的速比；n0為主機生產(chǎn)速度，m/min；k為修正系數(shù),可在觸摸屏的界面上進行設(shè)定，以對中線膠施加量進行微調(diào)。

圖4 觸摸屏操作畫面

4 結(jié)束語

本文采用倫茨伺服控制器及伺服電機在原有電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對中支濾棒成型機中線膠的施膠及供膠方式進行了改進。改進后，能夠通過觸摸屏準(zhǔn)確調(diào)整施膠量的大小；膠泵速度與設(shè)備運行速度對應(yīng)，當(dāng)設(shè)備速度低時，膠泵轉(zhuǎn)速低，設(shè)備速度高時，膠泵轉(zhuǎn)速增大，保證了單支濾棒膠量的穩(wěn)定；采用非接觸式膠槍施膠，膠槍與成型紙不直接接觸，使得成型紙上膠液的反滲現(xiàn)象得到明顯改觀；將自流式供膠改為膠泵供膠,流量可控,大大降低了無中線膠的幾率。