吸阻平衡控制器在濾嘴棒成型機的應用

陳 磊，朱振宏，高逸蕓

（紅塔煙草(集團)有限責任公司玉溪卷煙廠，云南玉溪 653100）

0 引言

濾嘴棒吸阻是衡量煙支質量水平的重要質量參數(shù)之一，是影響卷煙過濾效率的關鍵因素，也是濾嘴棒檢驗中的重要指標。濾嘴棒生產(chǎn)過程中由于絲束開松時絲束面隨著其消耗變低，絲束面和導絲臂之間的距離加長，絲束張力和擺動幅度過大，濾嘴棒吸阻經(jīng)常發(fā)生較大波動，因此增加濾嘴棒吸阻穩(wěn)定性是濾嘴棒生產(chǎn)過程中需要攻克的難點之一。楊曉光[1]等設計了一種液壓式醋酸纖維吸阻平衡裝置，但使用中可能出現(xiàn)液壓系統(tǒng)泄漏及揮發(fā)而污染現(xiàn)場環(huán)境。王向東[2]設計了一種新型絲束定高平衡機系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高實用性，但機體過于龐大。因此，本文介紹了一種使用伺服控制和絲桿傳動方式實現(xiàn)剪刀叉平臺升降的吸阻平衡控制器，用以保持絲束包表面與導絲臂距離恒定。根據(jù)鄧莉[3]等對剪刀叉升降平臺的受力分析結果來看，剪刀叉臂足強度足以承受絲束包重量。

1 吸阻平衡控制器硬件組成

1.1 電控系統(tǒng)關鍵部件及功能

（1）吸阻平衡控制器采用西門子S7-300 系列315-2 DP 作為主控制器，負責數(shù)據(jù)的采集和運算，并根據(jù)運算結果控制運動部件按設定要求動作，檢測元件、執(zhí)行元件和上位機控制系統(tǒng)通過Profibus-DP 總線進行通信。

（2）上位機選用西門子MP277 觸摸屏作為操作終端，利用Wincc flexible 工程軟件編寫人機窗口并通過接口連接到ProfiBus 總線上與主控制器通信，用于查詢所管轄的工藝流程段中設備的狀況，并可對控制設備進行故障診斷、故障報警和信息參數(shù)維護，同時，提供手動—自動控制運行模式選擇，便于系統(tǒng)的調試和維護，可以完成管轄范圍內控制設備的上料、下料、前進、后退、上升、下降、停止、報警、復位、消除報警、手動歸零等功能。

（3）稱重模塊選用Eilersen SD 系列稱重傳感器與MCE2035變送器組合對絲束包重量進行實時檢測，并將數(shù)據(jù)通過總線接入通信網(wǎng)絡。

（4）張力檢測器選用Montalvo 公司ES 系列檢測器，對進入導絲臂的絲束條抽拉張力實時進行檢測并接入控制系統(tǒng)形成反饋控制。

（5）伺服系統(tǒng)選用松下A5 系列驅動器對升降電機行程進行精準控制，電機選用松下MSME 系列和MDME 系列分別對平臺輸送和升降進行控制。

1.2 放料平臺

放料平臺分為輸送區(qū)和工作區(qū)：輸送區(qū)由雙鏈輥筒、方形框架、支撐腳、電機和減速器等關鍵部件構成，工作區(qū)由無動力雙鏈輥筒、方形框架、支撐底板、剪刀叉、絲桿、滑道、電機和減速器等關鍵部件構成；輸送區(qū)用于存放備用絲束包，當絲包消耗完后，輸送區(qū)可以將備用絲束包輸送至工作區(qū)；工作區(qū)用于絲束包稱重和吸阻平衡（圖1～圖2）。

圖1 輸送區(qū)結構

圖2 工作區(qū)結構

2 吸阻平衡控制器工作過程

2.1 送料過程

叉車先將絲束包送至輸送區(qū)，輸送線自動檢測工作區(qū)是否有剩余絲束包，若工作區(qū)空出，則備用絲束包直接輸送至工作區(qū)，若工作區(qū)處有未用完絲束包，則輸送區(qū)備用絲束包進入等待狀態(tài)。當工作區(qū)絲束包剩余量達到設定值時，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報警對操作人員進行提醒，當工作區(qū)絲束包用完后，工作區(qū)升降平臺快速的下降至低位，待絲束包底殼移開后，輸送區(qū)的備用絲束包自動輸送至工作區(qū)，達到快速更換絲束，提高生產(chǎn)效率的目的，在工作區(qū)域前端設有檢測開關，用于檢測絲束包是否輸送至正確位置。

2.2 吸阻平衡控制過程

當備用絲束包輸送到位后，4 組稱重傳感器先對新絲束包進行稱重，取平均值得新絲束包重量m，開始生產(chǎn)后，若設定絲包離地高度為h，則可以計算絲束包每減少單位重量，升降平臺需要上升h/m。稱重傳感器實時對不斷消耗的絲束進行稱重，并將數(shù)據(jù)傳送至PLC 計算絲束包當前重量與原始重量之差，根據(jù)差量控制伺服電機運行設定行程，將升降平臺提升到設定高度，使絲束包表面與導絲臂始終保持恒定距離。同時，設置在導絲臂處的張力傳感器對絲束所受張力實時的進行檢測，當檢測張力持續(xù)高于或低于設定范圍一定時間后，PLC 則根據(jù)結果操作平臺升和降至張力在設定范圍內為止。

平臺運動時，伺服電機運轉經(jīng)過減速控制絲桿轉動，絲桿上傳動機構帶動滑道內滾輪做平移運動，同時帶動剪刀叉向上閉合或張開以此來控制平臺升降，滑道寬度決定平臺縱向升降極限行程。

圖3 升降平臺上升示意

3 吸阻平衡控制器優(yōu)點

（1）采用伺服電機來控制升降平臺運動，傳動精度、定位精度高，工作穩(wěn)定。

（2）通過絲桿傳動來實現(xiàn)平臺升降，避免了液壓系統(tǒng)的有泄漏及揮發(fā)給環(huán)境帶來的污染，其工作可靠，安裝維護方便。

（3）通過采用稱重傳感器和張力傳感器的檢測數(shù)據(jù)共同對絲束提升高度進行控制，精確地保證了絲束抽拉張力的穩(wěn)定，確保了濾嘴棒產(chǎn)品的吸阻穩(wěn)定性。

（4）系統(tǒng)使絲束包在生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)新絲束包向工作位自動運送，可以提高生產(chǎn)效率；采用西門子面板式PC 作為上位監(jiān)控可以顯示系統(tǒng)運行畫面及實時參數(shù)，并可查詢機臺絲束包實時重量、機臺絲束包凈重、分班次絲束用量等數(shù)據(jù)。

（5）選用基于電容測量技術的Eilersen SD 系列稱重傳感器，它可將受力情況直接轉換為RS-485 數(shù)字信號，即插即用無需現(xiàn)場進行重量標定，且出廠已經(jīng)過信號補償處理，可以消除模擬電子單元帶來的信號漂移和測量誤差問題。

（6）選用ES 系列張力檢測器，其檢測靈敏度高、輸出信號強、線性度好、滯后性低，獨特的鏈接設計可以彌補因軸膨脹、偏心和彎曲引起的測量誤差。

4 結語

吸阻平衡控制器主要有絲束條抽拉張力平衡、電子計量兩種，主要功能和備用絲束輸送作為輔助功能，其電控技術已較為成熟，能夠滿足濾嘴棒生產(chǎn)時對絲束包抽拉面與導絲臂距離恒定的要求。在此基礎上又引入絲束條抽拉張力檢測及控制功能，能夠較好地降低絲束張力波動范圍，從而間接控制濾嘴棒吸阻的穩(wěn)定性。同時，該控制系統(tǒng)結構簡單、體積小、噪聲小、檢測及控制精度高、機體強度大、壽命長，對于濾嘴棒的生產(chǎn)應用有較高的實用價值。