YB25 商標(biāo)紙膠缸膠量控制

李 乾， 陳忠祥， 彭天富， 呂獻(xiàn)周， 楊貴云， 趙海澤

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

0 引言

GDX1 包裝機(jī)機(jī)組作為軟包中速包裝設(shè)備的典型代表，由YB25 小盒包裝機(jī)、YB55 小盒透明紙包裝機(jī)、YB65條盒包裝機(jī)、YB95 條盒透明紙包裝機(jī)組成。YB25 型軟盒包裝機(jī)商標(biāo)紙涂膠裝置由膠水缸、上膠輪、打膠輪、攪拌電機(jī)等組成，商標(biāo)紙由扇形吸紙輪從商標(biāo)紙庫中吸下后，在向下輸送過程中， 打膠輪在旋轉(zhuǎn)過程中在商標(biāo)紙規(guī)定位置上涂上幾條膠線[1]。商標(biāo)紙膠缸的膠液液面是由一個(gè)電容接近開關(guān)（KAS-80-35-A-M32）控制，當(dāng)其檢測到膠缸內(nèi)膠面低就會(huì)發(fā)出信號(hào)給控制電路， 然后控制電路發(fā)出控制信號(hào)，使供膠電磁閥打開，自動(dòng)供膠。 當(dāng)接近開關(guān)檢測到膠液液面到達(dá)某個(gè)高度時(shí)候， 又發(fā)出信號(hào)給控制電路，控制電路使供膠電磁閥關(guān)閉，從而達(dá)到膠量自動(dòng)控制的目的[2]。

1 設(shè)備存在問題

因?yàn)殡娙萁咏_關(guān)探頭距離膠缸內(nèi)膠面約7mm，當(dāng)包裝機(jī)待機(jī)或者處于維修狀態(tài)， 上膠輪會(huì)在10 秒（OPC系統(tǒng)設(shè)置1s～10s） 停機(jī)延時(shí)后由單向交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)， 由于待機(jī)時(shí)候上膠輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)速明顯低于高速運(yùn)行生產(chǎn)的轉(zhuǎn)速， 打膠輪在旋轉(zhuǎn)過程中將左側(cè)的膠液旋轉(zhuǎn)壓入右側(cè)， 在刮膠板作用下保持打膠輥表面膠液的均勻厚度， 因此待機(jī)時(shí)候打膠輪右側(cè)膠液高度低于高速運(yùn)行的膠液高度。 電容傳感器會(huì)觸發(fā)供膠程序，包裝機(jī)由待機(jī)轉(zhuǎn)為高度運(yùn)行時(shí)候， 電容接近開關(guān)探頭距離膠缸內(nèi)膠面約4mm，距離比較近，此時(shí)接近開關(guān)檢測面上會(huì)沾上膠，形成膠垢附著檢測面上，造成檢測靈敏度下降，實(shí)際觸發(fā)供膠程序的液面低于設(shè)定的膠位或者檢測下面的膠液因?yàn)榕c空氣接觸氧化產(chǎn)生“膠皮”，與其下面的真實(shí)膠位已經(jīng)與膠面產(chǎn)生“中空”，電容接近開關(guān)誤認(rèn)為膠量在允許的范圍內(nèi)，不會(huì)再給控制電路發(fā)出的信號(hào)，控制電路也不會(huì)控制電磁閥進(jìn)行供膠，這樣會(huì)造成長時(shí)間不供膠，不能及時(shí)給膠缸補(bǔ)充膠液， 達(dá)到膠缸的膠液面須高于上膠輪圓周外表面最低點(diǎn)要求， 膠缸內(nèi)液位低而操作人員不能及時(shí)手動(dòng)加膠，就會(huì)產(chǎn)生商標(biāo)紙涂膠位置膠液量少，商標(biāo)紙折疊固型不良，出現(xiàn)煙包底部散開、煙包側(cè)面粘貼處翹起、鋁箔紙與商標(biāo)分開等缺陷煙包。商標(biāo)紙粘貼嚴(yán)重不良的，會(huì)卡在小包成像檢測內(nèi)部的限位通道內(nèi)，引發(fā)煙包依次排列，觸發(fā)五輪出口堵塞桿停機(jī)程序，此時(shí)干燥輸送通道內(nèi)的默認(rèn)55 包煙因?yàn)樾D(zhuǎn)分離盤卡堵，導(dǎo)致通道內(nèi)的煙包大于55 包，發(fā)生“多包”現(xiàn)象，煙包底部出現(xiàn)擠壓變形， 從限位通道卡堵點(diǎn)到五輪出口的煙包因受到剛性沖擊，煙包內(nèi)的煙支發(fā)生嚴(yán)重皺褶，需要逐一取出并進(jìn)行廢煙支煙絲回收操作。 一旦小包外觀成像檢測漏檢， 流入YB55 小盒透明紙包裝機(jī)工序，在經(jīng)過翻包機(jī)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)后，會(huì)產(chǎn)生煙包底部露白、商標(biāo)紙側(cè)面翻卷露白、YB55提升器卡堵等現(xiàn)象， 卡堵需要操作人員進(jìn)行變形煙包清理并恢復(fù)推包機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)位置， 產(chǎn)生缺陷的煙包需要操作人員進(jìn)行質(zhì)量追溯，增加產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)組物耗。

因此需要操作人員時(shí)刻關(guān)注膠缸膠位情況， 進(jìn)行及時(shí)人工供膠。如果操作人員將電容接近開關(guān)提起，不能根據(jù)液面變化情況及時(shí)將其放回原位或者將傳感器傾斜放在固定套上忙于處理其他包裝流程， 控制器會(huì)默認(rèn)為膠液面低，一直進(jìn)行供膠，導(dǎo)致膠液溢出膠缸，流入到下方的三號(hào)模盒上、包裝機(jī)底板上，需要操作人員花費(fèi)20min左右時(shí)間進(jìn)行清洗。而膠液過高，打膠輪兩端的凹陷面與刮膠板容易生產(chǎn)膠垢， 膠液在離心力作用下被甩到商標(biāo)紙輸送通道內(nèi)，打膠輪從上膠輪表面攜帶的膠液量增大，商標(biāo)紙上膠區(qū)膠液量變多， 商標(biāo)紙與由鋁箔紙包裹的煙支組進(jìn)入三號(hào)輪、四號(hào)輪折疊成型過程中，膠液溢出商標(biāo)紙折疊重合部位，在三號(hào)輪弧形折疊板、四號(hào)輪煙包底部折疊底板附著膠垢，突出的膠垢會(huì)刮蹭旋轉(zhuǎn)折疊的煙包，在煙包側(cè)面或者底部形成一道白色刮痕， 與紅色的商標(biāo)紙形成鮮明的對比，同時(shí)也造成煙包表面存在膠漬現(xiàn)象，該缺陷煙包屬于一般質(zhì)量事故，需要進(jìn)行質(zhì)量追溯。

總之，商標(biāo)紙膠液量控制不好，需要人工篩選將局部未涂膠的煙包進(jìn)行人工涂膠， 并對缺陷煙包進(jìn)行煙支回收，造成包裝原輔材料浪費(fèi)，增加設(shè)備停機(jī)頻次與操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，對產(chǎn)品質(zhì)量與設(shè)備效率產(chǎn)生影響，因此如何對膠缸的膠液進(jìn)行精準(zhǔn)控制，降低膠皮對檢測系統(tǒng)的“瞞報(bào)”至關(guān)重要。

2 膠缸膠液控制裝置設(shè)計(jì)

2.1 文獻(xiàn)綜述

鄧梅東提出對上膠機(jī)構(gòu)的膠輥、膠輥軸進(jìn)行改進(jìn)，改變其安裝定位方式， 保證膠輥與膠輥軸位置位置相對精確，不產(chǎn)生偏心影響商標(biāo)紙膠點(diǎn)的位置[2]。 該改進(jìn)結(jié)構(gòu)主要是針對商標(biāo)紙裹包質(zhì)量穩(wěn)定性， 不設(shè)計(jì)對膠液量高度控制問題；劉兵勝提出利用煙包計(jì)數(shù)傳感器、下膠電磁閥控制信號(hào)、膠缸防護(hù)罩開關(guān)信息、膠缸到位檢測輸出信號(hào)綜合判斷在一定數(shù)量的煙包消耗膠液后， 供膠電磁閥是否進(jìn)行供膠，避免電磁閥失靈的情況出現(xiàn)[3]，該改進(jìn)后的控制方式可以借鑒，降低膠皮對檢測準(zhǔn)確性的影響。張小明等人提出在ZB45 膠缸結(jié)構(gòu)，膠盤檢測孔部位加裝圓形不銹鋼直管[4]，該檢測方式主要是針對檢測器下面的膠液上表面的膠液泡沫對檢測器的誤檢，在目前YB25 小盒包裝機(jī)結(jié)構(gòu)中，膠液泡沫對檢測精準(zhǔn)度比較小。桑偉誠通過對ZB47 商標(biāo)紙膠水缸供膠方式控制與調(diào)試分析[5]，可以借鑒超聲波傳感器相對于電容傳感器靈敏性優(yōu)勢， 動(dòng)態(tài)識(shí)別膠位高低。賀秋紅針對FOCKE350S 包裝機(jī)膠位檢測的探針檢測器缺點(diǎn)：誤檢測、易損壞、更換不方便、不易維修，更改為電容傳感器[6]，但膠液液面控制精度將下降，同時(shí)因?yàn)閅B25 商標(biāo)紙膠缸非封閉式， 膠水表面易氧化接皮，將對四個(gè)探針控制方式產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

2.2 方案設(shè)計(jì)

2.2.1 傳感器選擇

目前在排除探針檢測器、電容傳感器后，可以選擇檢測方式為激光位移開關(guān)和超聲波檢測傳感器， 如果選擇聚光型激光位移開關(guān)，垂直安裝在膠水缸右側(cè)上方，產(chǎn)生2mm 的光斑。通過兩個(gè)檢測器位置配合，分別對應(yīng)著膠缸內(nèi)膠水的低限與高限位置，可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)檢測范圍，對膠缸內(nèi)的膠液極限位置進(jìn)行識(shí)別， 這種控制方式能檢測出膠液高度是否在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，但是成本較高，無法實(shí)現(xiàn)膠液液面位置數(shù)據(jù)多點(diǎn)檢測。如果選擇超聲波傳感器，將根據(jù)液面高低與電流值建立關(guān)系， 將動(dòng)態(tài)檢測膠缸內(nèi)的膠液變化情況，保持膠液液面在一個(gè)理想的范圍內(nèi)，保證上膠輪表面的膠液厚度變化偏差不大。 因此采用超聲波傳感器進(jìn)行液面高度檢測。

2.2.2 改進(jìn)措施

利用一個(gè)超聲波傳感器（UB200-12GM-I-V1），超聲波傳感器輸出為4～20mA 的模擬量電流[7]，對應(yīng)探頭安裝在之前電容接近開關(guān)處， 同樣利用螺旋副結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)探頭距離膠缸底部的距離，將探頭的輸出設(shè)為下降型，即探頭距離與檢測面越遠(yuǎn)則輸出電流越小。 檢測探頭距離膠缸底部為70mm，避免探頭被膠液污染，膠缸深度為36mm，膠缸低限膠位10mm，正常膠位20mm，為防止膠液溢出膠缸，當(dāng)膠液達(dá)到30mm 為高極限膠位，設(shè)備必須停機(jī)，電磁閥不動(dòng)作。4～20mA 模擬電流信號(hào)送入西門子模擬輸入模塊，對應(yīng)著4mA=0，20mA=26748，膠位量化值p=h（高度）×27648/H（檢測距離），其中h（高度）為膠缸內(nèi)膠液液面相對于膠缸底部的距離，H（檢測距離）為超聲波檢測探頭距離膠缸底部的距離， 對應(yīng)PLC 模擬量采集的數(shù)據(jù)為0（探頭到膠缸底部），低液面為3950，正常液面為7900，高極限膠面為11850。

當(dāng)商標(biāo)紙膠缸未推到位， 供膠程序不再對液面膠位進(jìn)行采集，供膠電磁閥無動(dòng)作，避免膠缸在安裝過程中，操作人員未提升膠缸引發(fā)的檢測失靈。

當(dāng)商標(biāo)紙膠缸到位，（1）如果膠位低于10mm，控制器調(diào)用供膠程序，在供膠電磁閥動(dòng)作20s 內(nèi)，液面達(dá)到20mm，電磁閥斷電，停止供膠。否則執(zhí)行中斷程序：西門子PLC300對膠缸內(nèi)的液面數(shù)據(jù)進(jìn)行10 次循環(huán)采集，每次0.1s，對其狀態(tài)計(jì)數(shù)，如果符合停機(jī)條件（液面低于10mm 或者高于30mm），對狀態(tài)計(jì)數(shù)加1，計(jì)數(shù)超過7 次時(shí)，表明膠位低于20mm，有可能是供膠嘴堵塞或者膠桶內(nèi)膠液處于低極限位置，單位時(shí)間內(nèi)流入膠缸的膠水比較小，串接膠缸不到位機(jī)停機(jī)程序2S223，提示操作人員進(jìn)行處理，避免膠液液面低造成的商標(biāo)折疊固型不良。

（2）膠液液面在10～20m 內(nèi)，控制器不會(huì)調(diào)用供膠程序， 此時(shí)在五輪出口盤煙包輸出軌道側(cè)面安裝基恩士光纖傳感器FU-67，對干燥輸送通道的煙包經(jīng)過五輪旋轉(zhuǎn)分離成單一的煙包進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器從0 包逐步累加到2000包，調(diào)用供膠程序，累加期間如果有電磁閥供膠動(dòng)作，控制器從新執(zhí)行（1）步驟，避免氧化接皮的膠液對超聲波傳感器的誤報(bào)。

（3）如果膠液膠位在20～30mm 范圍內(nèi)，控制器重新執(zhí)行（1）步驟，通過包裝機(jī)高速運(yùn)行逐漸消耗膠液到10mm高度后或者當(dāng)液面在10～20mmm 內(nèi)煙包計(jì)數(shù)2000 包后，調(diào)用供膠程序。

（4）如果膠液膠位在大于30mm 范圍內(nèi)，控制器執(zhí)行中斷程序，10 次循環(huán)采集的數(shù)據(jù)確認(rèn)7 次超過液面超過30mm，串接膠缸不到位機(jī)停機(jī)程序2S223，提升操作人員進(jìn)行關(guān)注供膠情況，避免膠液溢出，此時(shí)需要操作人員將膠缸內(nèi)的膠液倒出多余的一部分， 讓液面高度低于30mmm，控制器重新執(zhí)行（1）步驟，否則即使按復(fù)位按鈕，供膠程序進(jìn)行新的循環(huán)檢測， 包裝機(jī)也會(huì)調(diào)用膠缸不到位機(jī)停機(jī)程序2S223，設(shè)備無法進(jìn)行運(yùn)行。

當(dāng)由于中斷程序觸發(fā)的商標(biāo)紙膠缸不到位2S223 停機(jī)程序，需要操作人員對膠缸的膠面進(jìn)行關(guān)注，當(dāng)連續(xù)兩次因?yàn)槟z缸液面低觸發(fā)停機(jī)，此時(shí)可能是包裝機(jī)背后的膠桶內(nèi)部膠液液面過低或者膠桶底部銅管下膠口附著凝固的膠團(tuán)將其堵塞住，或者下膠電磁閥噴膠嘴出因?yàn)槟z液凝固堵塞出膠口，膠液流動(dòng)不流暢。 當(dāng)因?yàn)槟z缸液面高（超過30mm）觸發(fā)包裝機(jī)停機(jī)，操作人員將膠缸內(nèi)多余膠液倒出維持在30mm 以下時(shí)候， 此時(shí)可能是由于超聲波傳感器位置被調(diào)動(dòng)過，探頭與膠缸底部的距離發(fā)生改變，實(shí)際檢測液面與設(shè)定液面出現(xiàn)偏差， 需要操作人員確定超聲波傳感器位置，或者更改供膠程序?qū)?yīng)PLC 模擬量采集的數(shù)據(jù)。

圖1 模擬量采集對應(yīng)的數(shù)據(jù)值示意圖

圖2 邏輯判斷圖

3 效果驗(yàn)證

通過安裝調(diào)試， 原包裝因?yàn)槟z水檢測引發(fā)的故障頻次每班從109 次/月降為11 次/月， 造成煙包損耗從每班810 包/月降為27 包/月， 造成因?yàn)槟z液溢出清理頻次從每班4 次/月降為0 次/月，因此車間4 臺(tái)GDX1 機(jī)組每年可減少2 班×4 臺(tái)×12 月×（810-27） 包=75168 包煙損失，減少膠液溢出清理時(shí)間為2 班×4 臺(tái)×12 月×20 分鐘=1920分鐘，設(shè)備停機(jī)頻次可以減少2 班×4 臺(tái)×12 月×（109-11）=9408 次，同時(shí)可以避免操作人員將手伸入機(jī)器內(nèi)部，手動(dòng)加膠的違規(guī)操作帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)， 減輕操作人員的工作壓力。

4 結(jié)束語

根據(jù)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況， 從制約包裝機(jī)效率與產(chǎn)品質(zhì)量的工藝進(jìn)行選題，充分利用車間班組創(chuàng)新資源，保證軟包機(jī)組的商標(biāo)紙膠缸內(nèi)膠液處于正常范圍內(nèi)， 降低機(jī)組的廢煙量，同時(shí)避免煙包底部折疊不良，露白，煙包商標(biāo)紙側(cè)面翻卷露白、 小包外觀成像檢測入口堵塞引發(fā)的五輪出口卡堵等故障，以及膠液溢出帶來的清理麻煩。