YF17儲(chǔ)煙器輔助控制裝置設(shè)計(jì)

李 乾，陳忠祥，楊貴云，呂獻(xiàn)周，歐陽哲，賞文凡

（紅云紅河（煙草）集團(tuán)會(huì)澤卷煙廠，云南 曲靖 655000）

0 引言

現(xiàn)有YF17型卷煙儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)將卷接機(jī)組生產(chǎn)的卷煙整齊、平穩(wěn)、完好無損地輸送到包裝機(jī)組上，并根據(jù)卷接機(jī)組和包裝機(jī)組的工作情況對(duì)卷煙輸送流量進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，使卷接機(jī)組與包裝機(jī)組協(xié)調(diào)匹配，達(dá)到最佳工作狀態(tài)[1]。

1 設(shè)備存在問題

設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中，當(dāng)包裝機(jī)運(yùn)行速度與煙機(jī)速度時(shí)候不匹配的時(shí)候，弧形控制板會(huì)隨著高位輸送器末端與下降裝置前端通道內(nèi)煙支束高度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，控制系統(tǒng)檢測(cè)弧形板轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)幅度，會(huì)運(yùn)行存儲(chǔ)器旋轉(zhuǎn)匹配速度，現(xiàn)有的牽引座與儲(chǔ)煙器內(nèi)壁利用磁鐵保持一定的吸附作用，牽引座上部利用彈簧控制擋板的垂直方向的移動(dòng)，當(dāng)儲(chǔ)煙器螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，牽引座從起始點(diǎn)，在斜坡段上下皮帶夾持下開始移動(dòng)，煙支與牽引座保持接觸，避免煙支零散在儲(chǔ)煙器內(nèi)。當(dāng)弧形板逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)極限位置時(shí)候，儲(chǔ)煙器牽引座在斜向通道起點(diǎn)位置時(shí)候，說明卷煙機(jī)供煙速度低于包裝機(jī)運(yùn)行速度，儲(chǔ)煙器無煙支補(bǔ)償功能，包裝機(jī)會(huì)停止運(yùn)行，等待牽引座移動(dòng)到指定位置后，包裝機(jī)才能復(fù)位運(yùn)行，否則下降裝置垂直通道會(huì)因?yàn)閮?chǔ)煙器無法補(bǔ)充卷煙機(jī)與包裝機(jī)速度差值的煙支，高位輸送器水平方向的煙支轉(zhuǎn)向下降裝置垂直方向時(shí)候，煙支在轉(zhuǎn)向過程中無法滿足垂直通道寬度煙支束要求，煙支凌亂分布在垂直通道內(nèi)，大約有1.5斤的煙支需要進(jìn)行回收。當(dāng)儲(chǔ)煙器弧形板順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)極限位置，說明包裝機(jī)運(yùn)行速度低于卷煙機(jī)運(yùn)行速度，儲(chǔ)煙器不能及時(shí)將卷煙機(jī)生產(chǎn)的多余煙支進(jìn)行儲(chǔ)存，為防止煙支在輸送通道內(nèi)發(fā)生擠壓變形，儲(chǔ)煙器會(huì)停機(jī)，引發(fā)卷煙機(jī)、包裝機(jī)停機(jī)等待處理，需要手動(dòng)復(fù)位運(yùn)行。否則，煙支從斜向通道堵塞點(diǎn)到高位輸送器，甚至到提升器部分通道都擠滿煙支，無間隙空間，煙支之間相互擠壓，煙支卷煙紙表面產(chǎn)生皺紋、煙支彎曲變形，需要操作人員將堵塞段的煙支約2.5斤，取出進(jìn)行煙絲回收操作。堵塞將增加工程塑料鏈板之間的拉力，頻繁的堵塞將影響工程塑料鏈板的設(shè)計(jì)使用壽命，產(chǎn)生斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。如果是在正常生產(chǎn)期間，將耗費(fèi)大約1.5h進(jìn)行拆卸安裝調(diào)試，將嚴(yán)重影響設(shè)備效率，影響著機(jī)組標(biāo)桿機(jī)臺(tái)、進(jìn)步機(jī)臺(tái)的排名，同時(shí)也增加車間的設(shè)備零部件維修成本。

目前儲(chǔ)煙器主要存在三個(gè)問題，需要包裝機(jī)、卷煙機(jī)停止運(yùn)行，操作人員站在一定高度的階梯凳上操作，并對(duì)散落地面的煙支進(jìn)行清理。

首先當(dāng)存儲(chǔ)器牽引座斜坡與擋板之間夾有煙支時(shí)候，牽引座與上下輸送皮帶之間的壓力增加，將牽引座卡堵在上下皮帶之間，如果卷煙機(jī)繼續(xù)運(yùn)行往儲(chǔ)煙器通道輸送煙支，煙支束會(huì)頂起弧形控制板轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)極限位置上，此時(shí)儲(chǔ)煙機(jī)、卷煙機(jī)、包裝機(jī)都應(yīng)將停止運(yùn)行，可是在儲(chǔ)煙器運(yùn)行過程中，會(huì)出現(xiàn)煙支全部堵塞在高位輸送器中，卷煙機(jī)并沒有進(jìn)行停機(jī)情況。修理人員對(duì)弧形控制板控制轉(zhuǎn)軸進(jìn)行高極限位置檢測(cè)調(diào)整，頻次比較高，需要操作人員多關(guān)注儲(chǔ)煙器運(yùn)行情況。

其次，當(dāng)卷煙機(jī)運(yùn)行速度低于包裝機(jī)運(yùn)行速度，牽引座未回斜向通道起點(diǎn)位置，卡堵在斜向通道上下皮帶的出口處的位置，斜坡通道的煙支會(huì)繼續(xù)在皮帶的輸送下繼續(xù)往垂直輸送通道運(yùn)動(dòng)，直到儲(chǔ)煙器無法補(bǔ)償煙支時(shí)候，此時(shí)煙支從高位輸送器水平方向轉(zhuǎn)為下降裝置垂直輸送時(shí)候，煙支都會(huì)混亂堆積在下煙通道內(nèi)，直到報(bào)“下煙通道堵塞”造成包裝機(jī)停機(jī)，這需要操作人員清理輸送通道內(nèi)的煙支，并重新將高位輸送器水平的煙支人工引入到下降裝置垂直輸送通道內(nèi)。

最后，當(dāng)操作人員未將“排空”按鈕復(fù)位，弧形板最低位置信號(hào)將被屏蔽，牽引座即使在儲(chǔ)煙器斜向通道起點(diǎn)位置，儲(chǔ)煙器將停機(jī)螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，卷煙機(jī)速度低于包裝機(jī)速度，將發(fā)生高位輸送器水平輸送的煙支直接傾瀉在下降裝置垂直輸送通道內(nèi)，煙支排列凌亂，直到包裝機(jī)因?yàn)椤跋聼熗ǖ蓝氯蓖C(jī)。

因此，如果避免牽引座卡堵在斜向通道內(nèi)，在弧形控制板極限位置能及時(shí)停機(jī)，對(duì)人工誤按“排空”按鈕防差錯(cuò)識(shí)別是提升效率效率關(guān)鍵因素。

2 儲(chǔ)煙器輔助控制裝置設(shè)計(jì)

2.1 文獻(xiàn)綜述

孫漢、楊小亮利用伺服系統(tǒng)、分布式I/O、PROFIBUSDP總線等重新設(shè)計(jì)YF17A儲(chǔ)煙器電氣控制系統(tǒng)，可以滿足包裝機(jī)更換輔料、短暫故障處理等儲(chǔ)備煙支并起到緩沖作用[2]，但是從新設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)，需要進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架、硬件配置、程序流程邏輯控制等大量設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作，對(duì)于卷煙制造企業(yè)來說成本較高。李文偉等人針對(duì)YF17卷煙儲(chǔ)備輸送系統(tǒng)輸送過程需要人工扶持下落問題，設(shè)計(jì)了卷煙儲(chǔ)存器輸送系統(tǒng)輔助裝置，降低人工引導(dǎo)煙流動(dòng)帶來的安全隱患，減少煙支消耗數(shù)量，但是不能從根本上解決輸送通道卡堵與垂直煙支凌亂問題[3]。張嶸等利用上導(dǎo)輪、下導(dǎo)輪、電機(jī)、皮帶解決在主煙道與副煙道匯合處，煙支在副煙道口堵塞、傾斜情況的發(fā)生，但是對(duì)短支煙效果比較好，對(duì)常規(guī)煙效果作用不大[4]，殷斌利用扭矩監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制輸出模塊對(duì)儲(chǔ)煙器設(shè)備主傳動(dòng)的扭矩值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)其扭矩值異常時(shí)發(fā)出預(yù)警，可以將儲(chǔ)煙器主動(dòng)過載故障的發(fā)生概率降低為0[5]，但是僅僅是解決堵塞問題，可能引起包裝機(jī)與卷煙機(jī)停機(jī)次數(shù)頻發(fā)，需要操作人員對(duì)引起堵塞的點(diǎn)進(jìn)行檢查。

2.2 方案設(shè)計(jì)

2.2.1 牽引座結(jié)構(gòu)改機(jī)

（1）彈簧板改進(jìn)結(jié)構(gòu)。將牽引座斜向部位高度降低10mm，利用螺紋連接將U型彈簧片一側(cè)安裝在牽引座前端，彈簧片的底部與牽引座斜向通道頂部線重合并與牽引座上端面垂直，U型彈簧片另一側(cè)為斜向平面，左側(cè)最低點(diǎn)與上皮帶為4mm間隙，末端最高點(diǎn)與上皮帶距離為0.5mm，并于擋板保持1mm的間隙，這樣盡量避免有煙支落在現(xiàn)有牽引座擋板前間隙位置引發(fā)的牽引座堵塞現(xiàn)象。

（2）長(zhǎng)度改進(jìn)結(jié)構(gòu)。修改現(xiàn)有牽引座的外觀尺寸，保持斜坡與水平面的角度不變，將牽引座前部上端面與斜向通道上皮帶距離10mm增高變?yōu)?mm，斜坡段與上端面的交線與擋板距離為1mm，這樣直接去掉煙支擠入牽引座前面10mm的空隙段內(nèi)。

（3）高度改進(jìn)結(jié)構(gòu)。保持現(xiàn)有斜坡角度，將牽引座前部上端面與斜向通道上皮帶距離10mm增高變?yōu)?mm，其余結(jié)構(gòu)不變，這樣可以減少煙支進(jìn)入空隙段的概率。

上述三種改進(jìn)結(jié)構(gòu)，模擬20次牽引座在斜向通道往復(fù)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，彈簧板進(jìn)機(jī)構(gòu)、長(zhǎng)度改進(jìn)結(jié)構(gòu)、高度改進(jìn)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)有機(jī)構(gòu)從斜向通道起始點(diǎn)到存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器到斜向通道起始點(diǎn)停機(jī)次數(shù)：0，1；0，12；0，2；8，11；彈簧改進(jìn)結(jié)構(gòu)停機(jī)原因?yàn)橐恢蛔冃螣熤Ф氯嵝痹谛毕蛲ǖ滥┒颂?，迫使?fàn)恳鶡o法進(jìn)入斜向通道，長(zhǎng)度改進(jìn)結(jié)構(gòu)停機(jī)主要原因?yàn)闋恳岸翁蹋?duì)其摩擦力不足以迫使擋板克服彈簧阻力往下移動(dòng)；高度改進(jìn)結(jié)構(gòu)停機(jī)原因?yàn)榇鎯?chǔ)器到斜向通道末端通道有弧度變化，牽引座上面有破煙支屑、濾嘴棒等都會(huì)影響牽引座進(jìn)入斜向通道。現(xiàn)有結(jié)構(gòu)如果人工干預(yù)，比如人工拽拉牽引座強(qiáng)行拖動(dòng)或者提前清理牽引座擋板前上端面的煙支，可以降低設(shè)備停機(jī)頻次。因此采用彈簧板改進(jìn)結(jié)構(gòu)可以更好的降低設(shè)備停機(jī)頻次，不需要人為干預(yù)牽引座進(jìn)出斜向通道。

2.2.2 弧形板煙支料位高低檢測(cè)

有兄弟單位在弧形控制板高極限位置安裝電容接近開關(guān)，在高電平持續(xù)一定時(shí)間后調(diào)用YF17儲(chǔ)煙器停機(jī)程序，避免原有檢測(cè)系統(tǒng)失靈情況出現(xiàn)，能保護(hù)煙支不會(huì)因?yàn)橥ǖ罒熤D壓變形，但是因?yàn)榭臻g結(jié)構(gòu)問題，無法對(duì)弧形板低限位置安祖行電容傳感器進(jìn)行檢測(cè)；在弧形控制板控制軸周圍安裝兩個(gè)漫反射光纖傳感器，對(duì)應(yīng)著弧形板最高限與最低限位置，這種控制方式比較精確，但是傳感器位置無法進(jìn)行調(diào)整，需要根據(jù)反光量調(diào)節(jié)放大器的閥值；利用弧形板下面護(hù)煙皮帶配重塊在垂直方向的移動(dòng)軌跡，可以安裝兩個(gè)電感傳感器，位置可調(diào)，安裝簡(jiǎn)單。因此采用電感傳感器對(duì)弧形板極限位置進(jìn)行檢測(cè)。

2.2.3 高位輸送器料位高低檢測(cè)

高位輸送器料位高低檢測(cè)可采用三種方式：選擇聚光型激光位移開關(guān)，垂直安裝在高位輸送器輸送通道上方，產(chǎn)生2mm的光斑。通過兩個(gè)檢測(cè)器位置配合，調(diào)節(jié)檢測(cè)范圍，對(duì)高位輸送器水平方向移動(dòng)的煙支束高度進(jìn)行識(shí)別，這種控制方式能更好檢測(cè)出煙支束是否在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，但是成本較高，傳感器檢測(cè)探頭清理比較麻煩；選擇超聲波傳感器，通過設(shè)定超聲波檢測(cè)距離標(biāo)準(zhǔn)值，通過公式將傳感器輸出電流與PLC采集的模擬數(shù)建立關(guān)系[7]，進(jìn)而可以知道煙支束具體的高度值。雖然可以用一個(gè)超聲波傳感器檢測(cè)煙支波動(dòng)范圍，但煙支束高度不是一個(gè)水平面，這種檢測(cè)方式精度不高，需要計(jì)算具體的數(shù)值，不建議采用；選擇漫反射光電接近開關(guān)，在高位輸送器輸送通道靠近煙支被點(diǎn)燃端擋板用有機(jī)透明紙玻璃替換，安裝兩個(gè)漫反射光電接近開關(guān)，探頭垂直對(duì)著煙支水平移動(dòng)方向，對(duì)通道內(nèi)煙支束有無進(jìn)行檢測(cè)，雖然檢測(cè)精度無法跟激光位移開關(guān)相比，但是成本低廉，安裝調(diào)試比較方便。

2.2.4 輔助控制裝置設(shè)計(jì)

該YF17儲(chǔ)煙器輔助控制裝置，主要由控制器PLC300、彈簧片、光電檢測(cè)器、電感式傳感器、L支架、螺栓、螺母、按鈕組成，見圖1，借助現(xiàn)有YJ17儲(chǔ)煙器的檢測(cè)信號(hào)：排空按鈕信號(hào)S2、牽引座起點(diǎn)位置電感接近開關(guān)B32、復(fù)位按鈕信號(hào)S23、停機(jī)繼電器程序K1，增加裝置啟停按鈕S1、光電檢測(cè)開關(guān)B1、光電檢測(cè)開關(guān)B4、煙支料位高電感檢測(cè)B2、煙支料位低電感檢測(cè)B3、蜂鳴器H1、牽引座彈簧片。其中L型支架上部用螺栓固定在儲(chǔ)煙器護(hù)煙皮帶末端配重塊垂直移動(dòng)的通道內(nèi)，電感式接近傳感器B2、電感式接近傳感器B3分別通過兩個(gè)螺母夾持固定安裝在L型支架腰型孔上部、下部，并與配重移動(dòng)軌跡保持6mm距離，對(duì)應(yīng)著弧形控制板轉(zhuǎn)動(dòng)到極限最高位置、最低位置。啟停按鈕是安裝在儲(chǔ)煙器人工控制面板內(nèi)備用的位置上；光電檢測(cè)器B1、光電檢測(cè)器B4對(duì)著在高位輸送通道兩個(gè)透明板，兩個(gè)孔中心距在同一垂直線上，距離下降裝置垂直下煙通道400mm，分別高處正常煙道35mm，低于正常煙道40mm。

圖1 輔助控制系統(tǒng)框架組成圖

當(dāng)啟停按鈕S1被按下，PLC300控制器不做任何輸出，此時(shí)儲(chǔ)煙器原機(jī)控制系統(tǒng)不在受此套輔助控制檢測(cè)裝置影響。

當(dāng)啟停按鈕S1未被按下，按照下面的邏輯關(guān)系控制儲(chǔ)煙器是否停機(jī)。

當(dāng)“排空”按鈕S2被按下，電感傳感器B32檢測(cè)到牽引座在斜向通道起點(diǎn)位置、光電檢測(cè)器B4檢測(cè)輸送通道內(nèi)的無煙支堆積，說明機(jī)組要進(jìn)行交班排空通道的煙支操作，煙支料位高電感檢測(cè)B2、煙支料位低電感檢測(cè)B3檢測(cè)到護(hù)煙皮帶配重到達(dá)極限位置，控制器不做任何輸出。

當(dāng)“排空”按鈕S2被按下，電感傳感器B32未檢測(cè)到牽引座或光電檢測(cè)器B4檢測(cè)輸送通道內(nèi)堆積的煙支，煙支料位高電感檢測(cè)B2持續(xù)3秒輸出高電平或煙支料位低電感檢測(cè)B3輸出高電平信號(hào)，控制器調(diào)用K1儲(chǔ)煙器停機(jī)程序，引發(fā)卷煙機(jī)、包裝機(jī)停機(jī)，蜂鳴器報(bào)警，需要操作人員按下控制面板上的復(fù)位按鈕，報(bào)警器停止工作。說明操作人員誤將“排空”按鈕S2按下或者牽引座卡堵在某個(gè)位置。

當(dāng)“排空”按鈕S2未被按下，控制器PLC300采集煙支料位高電感檢測(cè)B2或煙支料位高電感檢測(cè)B3或當(dāng)光電檢測(cè)器B1輸入信號(hào)，不再采集電感傳感器B32信號(hào)，煙支料位高電感檢測(cè)B2輸出高電平信號(hào)持續(xù)3秒或煙支料位低電感檢測(cè)B3輸出低電平信號(hào)，或者光電檢測(cè)器B1檢測(cè)到輸送通道內(nèi)煙支堆積高度持續(xù)超過設(shè)定極限高度3s，控制器調(diào)用儲(chǔ)煙柜停機(jī)程序，蜂鳴器報(bào)警，說明牽引座卡堵在某個(gè)位置引發(fā)的煙支輸送通道的煙支即將擠壓或者卷煙機(jī)速度低于包裝機(jī)的速度，見圖2。

圖2 光電檢測(cè)安裝位置示意圖

3 結(jié)束語

該套輔助控制裝置降低牽引座卡堵引發(fā)煙支輸送通道堵塞產(chǎn)生的皺紋煙支和下降裝置垂直通道的煙支凌亂分布出現(xiàn)的頻次，減少機(jī)組等待處理時(shí)間、機(jī)組廢煙重量，提升設(shè)備運(yùn)行效率。