基于PLC的煙用內(nèi)襯紙自動(dòng)潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉開合，馬 義，王學(xué)軍，步 剛，劉 凱

（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司滕州卷煙廠，山東棗莊 277500）

0 引言

目前卷煙包裝設(shè)備內(nèi)襯紙潤滑主要是人工加注潤滑油，不能滿足潤滑中的“定量”、“定期”原則，同時(shí)還存在“油漬煙”等質(zhì)量隱患和影響設(shè)備效率問題。內(nèi)襯紙又稱鋁箔紙、鋁紙，是直接包裹煙支的材料，它的包裝質(zhì)量對(duì)小盒包裝質(zhì)量與煙支防霉保質(zhì)關(guān)系甚大[1]。在內(nèi)襯紙進(jìn)入導(dǎo)紙輥前，潤滑毛氈會(huì)清潔內(nèi)襯紙鋁層的灰塵，柔順內(nèi)襯紙，延長內(nèi)襯紙切刀壽命，提高切割質(zhì)量，避免內(nèi)襯紙輸送堵塞等問題。

通常情況下，操作工利用潤滑油壺將石蠟油噴到毛氈上，然后手動(dòng)調(diào)整潤滑毛氈支架，使毛氈表面與內(nèi)襯紙接觸。人工加注潤滑油的方式存在以下弊端及隱患：①不能滿足“定量”“定期”原則，即使是同一操作工潤滑間隔時(shí)間和添加油量不好統(tǒng)一，隨意性較強(qiáng)；②設(shè)備停機(jī)時(shí)，必須使毛氈脫離內(nèi)襯紙，否則有產(chǎn)生油漬煙的質(zhì)量隱患；設(shè)備正常開機(jī)時(shí)，必須使毛氈輕輕壓在內(nèi)襯紙上，否則容易造成內(nèi)襯紙切口毛口、內(nèi)襯紙免角、商標(biāo)紙錯(cuò)牙等質(zhì)量缺陷；③調(diào)整潤滑毛氈支架必須停機(jī)操作，平均每次調(diào)整毛氈停機(jī)時(shí)長為8 s，因內(nèi)襯紙潤滑毛氈加油造成的每臺(tái)設(shè)備每天停機(jī)時(shí)間約為420 s。

設(shè)計(jì)內(nèi)襯紙自動(dòng)潤滑系統(tǒng)，用于內(nèi)襯紙的清潔潤滑，提高產(chǎn)品質(zhì)量。此裝置主要由油壺、氣路、油路、電磁閥、氣缸、PLC 等組成，采用煙包計(jì)數(shù)法，周期性向毛氈注油。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，毛氈接觸內(nèi)襯紙；停機(jī)時(shí)，毛氈脫離內(nèi)襯紙，避免長時(shí)間停機(jī)時(shí)內(nèi)襯紙被浸透，造成“油煙”。

1 系統(tǒng)組成和工作原理

1.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

圖1 是煙用內(nèi)襯紙自動(dòng)潤滑系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)由1 個(gè)PLC 控制器、1 個(gè)儲(chǔ)油壺、2 個(gè)兩位兩通油路電磁控制閥、2 個(gè)兩位五通氣路電磁控制閥、1 個(gè)煙包計(jì)數(shù)傳感器、2 個(gè)氣缸及安裝支架及2 個(gè)涂抹裝置（毛氈）組成。卷煙包裝機(jī)分左右兩路紙盤供應(yīng)內(nèi)襯紙，一路使用一路備用，因此PLC 控制器接入設(shè)備的紙盤工作信號(hào)，同時(shí)接入的還有設(shè)備啟停信號(hào)。

1.2 系統(tǒng)工作原理

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

（1）自動(dòng)給油原理。利用煙包計(jì)數(shù)傳感器采集煙包數(shù)量，并將采集到的煙包數(shù)量信息輸送給PLC 控制器，再利用控制器累計(jì)輸入的煙包數(shù)量，當(dāng)累計(jì)的煙包數(shù)量達(dá)到預(yù)設(shè)煙包數(shù)量時(shí)，控制器驅(qū)動(dòng)油路電磁閥打開，儲(chǔ)油壺中油脂在自身重力的推動(dòng)下進(jìn)入涂抹裝置。當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備停機(jī)或者切換內(nèi)襯紙時(shí)，PLC 控制器可以實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)自動(dòng)保存，直至重新使用該側(cè)內(nèi)襯紙。潤滑油在涂抹裝置中浸潤分散，每次涂抹在內(nèi)襯紙上的油量均可通過設(shè)置油路通斷時(shí)間設(shè)定，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中人工涂抹油脂隨意性較強(qiáng)、油脂涂抹不均勻、影響產(chǎn)品的包裝質(zhì)量的穩(wěn)定性的缺陷。此外，還降低了機(jī)臺(tái)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）毛氈動(dòng)作原理。以左側(cè)毛氈動(dòng)作為例，當(dāng)PLC 控制器接收到左側(cè)供紙驅(qū)動(dòng)信號(hào)和設(shè)備啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，PLC 控制器根據(jù)預(yù)定數(shù)值延時(shí)發(fā)出信號(hào)，兩位五通電磁換向閥接通氣缸彈出氣路，左側(cè)毛氈氣缸動(dòng)作，控制左側(cè)毛氈靠向左側(cè)內(nèi)襯紙。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)停機(jī)信號(hào)時(shí)，兩位五通電磁換向閥接通氣缸縮回氣路，左側(cè)氣缸瞬間縮回，左側(cè)毛氈離開左側(cè)內(nèi)襯紙。這樣很大程度上避免了“油漬煙”和內(nèi)襯紙無潤滑現(xiàn)象的發(fā)生。

2 各功能模塊設(shè)計(jì)

2.1 自動(dòng)給油模塊

油路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是向毛氈注入油液的多少。根據(jù)查詢相關(guān)公式和計(jì)算，只要改變流體流動(dòng)的時(shí)間，就可以改變流體流過單位面積的質(zhì)量，同時(shí)流過電磁閥前后的流體質(zhì)量是不變的。通過以上分析可知，只需改變PLC 控制油路電磁閥開閉的時(shí)間，就可以改變供油量。為得到電磁閥最佳注油時(shí)間進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，采用線箔鋁紙，在設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，利用油壺和PU 管直接向毛氈注油，并對(duì)煙包計(jì)數(shù)，檢查煙包內(nèi)襯紙潤滑效果和是否有油煙。試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示，經(jīng)過質(zhì)檢人員對(duì)試驗(yàn)結(jié)果確認(rèn)，認(rèn)為每正常生產(chǎn)500 包煙包時(shí)，注油5 s 最為合適，既不會(huì)使電磁閥頻繁動(dòng)作降低其使用壽命，又能保證潤滑效果較好且沒有油煙質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

表1 注油梯度試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

2.2 毛氈動(dòng)作模塊

《卷煙包裝工專業(yè)知識(shí)》及《ZB25 包裝機(jī)組作業(yè)指導(dǎo)書》中對(duì)各部位壓縮空氣所用壓力值有明確要求，其中“氣源壓力要求0.6 MPa，工作壓力0.5 MPa，商標(biāo)紙及封簽加膠氣缸壓力標(biāo)準(zhǔn)范圍≥0.5 MPa”。氣路主要為氣缸的抬起、壓下動(dòng)作提供動(dòng)力，包裝機(jī)的壓縮空氣壓力值能夠滿足要求。為與電磁閥接口適配，選用的是6 mm×4 mm 藍(lán)色PU 高壓軟管作為氣線管路。按照就近原則，氣源接口選擇商標(biāo)紙加膠氣缸。

機(jī)器啟動(dòng)時(shí)，PLC 給工作側(cè)鋁紙毛氈電磁閥發(fā)出信號(hào)，電磁閥動(dòng)作，打開氣路使氣缸帶動(dòng)毛氈接觸內(nèi)襯紙，均勻潤滑內(nèi)襯紙。停機(jī)時(shí)，PLC 發(fā)出指令電磁閥切換氣路，氣缸縮回，毛氈抬起離開內(nèi)襯紙。同時(shí)考慮增加2 s 的延時(shí)功能，這種延時(shí)方式一方面是為了避免雙線圈電磁閥長時(shí)間帶電，而影響電磁閥壽命，另一方面，將延時(shí)控制在2 s 內(nèi)，防止操作者頻繁按動(dòng)啟停按鈕而導(dǎo)致氣缸轉(zhuǎn)位混亂。

3 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)

卷煙包裝機(jī)內(nèi)襯紙自動(dòng)涂油控制系統(tǒng)中煙包計(jì)數(shù)、電磁閥輸出控制、毛氈動(dòng)作都是通過系統(tǒng)軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，軟件運(yùn)用PLC 樹形圖語言編程，實(shí)現(xiàn)各功能模塊，它主要包括4 部分：系統(tǒng)主程序、毛氈子程序、中斷子程序、給油子程序。主程序的功能主要包括初始化、系統(tǒng)自檢、中斷設(shè)置等，主程序處于循環(huán)狀態(tài)[2]。整個(gè)系統(tǒng)軟件主要完成鋁紙驅(qū)動(dòng)側(cè)的判斷、涂油參數(shù)的設(shè)置、煙包計(jì)數(shù)和向電磁閥發(fā)送狀態(tài)命令等。PLC 程序如圖2 所示。

4 系統(tǒng)實(shí)際使用效果

系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，對(duì)包裝機(jī)內(nèi)襯紙自動(dòng)潤滑裝置使用情況進(jìn)行1 個(gè)月的跟蹤統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)使內(nèi)襯紙組件實(shí)現(xiàn)了潤滑加油不停機(jī)，只是設(shè)備切換紙時(shí)的慢速啟動(dòng)，加油停機(jī)時(shí)間由平均8 s/次降低到3 s/次。

正常生產(chǎn)時(shí)，每班需更換16 個(gè)內(nèi)襯紙，每個(gè)內(nèi)襯紙需加注潤滑油1 次。使用內(nèi)襯紙自動(dòng)潤滑裝置后，每臺(tái)設(shè)備每年可提前生產(chǎn)產(chǎn)量102.6 箱，加注一次潤滑油提高的效率167%。

5 結(jié)束語

圖2 PLC 程序

此次內(nèi)襯紙自動(dòng)潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)和效果。采用煙包計(jì)數(shù)法周期性向毛氈自動(dòng)注油，且油量大小可調(diào)節(jié)，確保了供油的均勻性，降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率；內(nèi)襯紙潤滑均勻，小包煙盒包裝平整，避免了小盒煙包裝過程中的內(nèi)襯紙折邊、折角易爛的問題，提高了小包煙盒的包裝質(zhì)量；采集開、停機(jī)同步信號(hào)，確保開機(jī)時(shí)毛氈接觸內(nèi)襯紙，停機(jī)時(shí)毛氈脫離內(nèi)襯紙，消除了因停機(jī)時(shí)間稍長而導(dǎo)致的潤滑油浸透內(nèi)襯紙產(chǎn)生“油煙”的隱患。實(shí)際應(yīng)用表明：系統(tǒng)的使用解決了內(nèi)襯紙潤滑效果不好、“油煙”質(zhì)量隱患，減輕了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備運(yùn)行效率。此裝置根據(jù)煙包數(shù)量對(duì)內(nèi)襯紙進(jìn)行潤滑，可根據(jù)實(shí)際快速調(diào)整煙包數(shù)量參數(shù)，具有一定的推廣價(jià)值。