便攜式濾棒在線發(fā)射接收測(cè)速器的研制

曹炳強(qiáng)，石 晶，張新星

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司紅河卷煙廠，云南紅河 652399）

0 引言

在卷煙行業(yè)內(nèi)，濾棒在線發(fā)射/接收供給是卷煙生產(chǎn)必不可少的重要工藝環(huán)節(jié)，濾棒在線供給的保障能力直接影響著自動(dòng)化卷煙設(shè)備的高效生產(chǎn)。

但是目前國(guó)內(nèi)各廠家濾棒發(fā)射機(jī)都是通過(guò)管道氣壓輸送方式，每次濾棒發(fā)射機(jī)、接收機(jī)設(shè)備對(duì)接關(guān)系變化、調(diào)管后，都需要PDCA 調(diào)整發(fā)射機(jī)模塊發(fā)射氣壓，再通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間觀察接收機(jī)、發(fā)射機(jī)的濾棒發(fā)射/接收的穩(wěn)定性（濾棒觸傷、折皺質(zhì)量隱患，接收機(jī)料斗濾棒凌亂及發(fā)射機(jī)、接收機(jī)堵管故障率高等），直至發(fā)射機(jī)模塊發(fā)送氣壓與接收機(jī)所需要的線速度達(dá)到相對(duì)匹配，發(fā)射/接收設(shè)備才能穩(wěn)定運(yùn)行。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，由于濾棒接收機(jī)可正常接收濾棒的最佳線速度范圍較小，且不同型號(hào)濾棒接收機(jī)接收速度均不相同，發(fā)射氣壓調(diào)節(jié)過(guò)高，將導(dǎo)致發(fā)射線速度過(guò)快，會(huì)出現(xiàn)觸頭、皺紋質(zhì)量隱患及接收機(jī)料庫(kù)亂棒、接收機(jī)堵管故障率高等問(wèn)題；而發(fā)射氣壓調(diào)節(jié)偏小，發(fā)射管內(nèi)氣流壓力不足，濾棒發(fā)射速度過(guò)緩，又會(huì)造成發(fā)射管內(nèi)濾棒“首尾連接”，易出現(xiàn)皺紋質(zhì)量隱患、接收機(jī)濾棒加速輪夾棒、卡阻與堵管故障等問(wèn)題。

匹配調(diào)試不直觀、耗時(shí)長(zhǎng)，是嚴(yán)重制約著濾棒在線供給保障與卷煙設(shè)備生產(chǎn)效率的問(wèn)題，也是行業(yè)內(nèi)普遍存在的痛點(diǎn)問(wèn)題，并且至今為止都沒(méi)有有效的技術(shù)解決手段。為提高調(diào)試工作效率，急需研究一種方法來(lái)有效減少濾棒發(fā)射接收系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間。

1 濾棒在線發(fā)射/接收工藝流程設(shè)計(jì)

濾棒在線發(fā)射/接收自動(dòng)供給是現(xiàn)代化卷煙生產(chǎn)必不可少的重要工藝環(huán)節(jié)，具體流程為：成型車間的濾棒發(fā)射機(jī)通過(guò)氣壓輸送方式，將濾棒經(jīng)管道高速發(fā)射至卷包車間的濾棒接收機(jī)，接收機(jī)高速接收濾棒后供卷煙機(jī)煙支卷接生產(chǎn)使用。濾棒發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的發(fā)射管道連接工藝如圖1 所示。

圖1 濾棒發(fā)射機(jī)/接收機(jī)發(fā)射管道的連接工藝

2 測(cè)速器設(shè)計(jì)思路

2.1 總體思路

通過(guò)分析測(cè)速器的實(shí)際使用需求，考慮到“功能性、快速性、安裝空間”等關(guān)鍵因素，采用“便攜式+濾棒在線測(cè)速+一體式”的集成測(cè)速器設(shè)計(jì)思路，力求實(shí)現(xiàn)濾棒發(fā)送氣壓與接收線速度最佳匹配過(guò)程直觀量化、快速便捷的調(diào)試，進(jìn)而有效減少濾棒發(fā)射接收系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間。

測(cè)速器主要包含連接件、顯示單元、規(guī)格設(shè)定單元、檢測(cè)單元、測(cè)速控制系統(tǒng)五大功能部分。

（1）連接件，實(shí)現(xiàn)快速對(duì)接到任何一臺(tái)接收機(jī)濾棒入口與發(fā)射機(jī)管道之間。

（2）顯示單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射/接收機(jī)不同規(guī)格濾棒在線發(fā)射線速度的計(jì)算測(cè)量與實(shí)時(shí)顯示。

（3）規(guī)格設(shè)定單元，實(shí)現(xiàn)多長(zhǎng)度規(guī)格濾棒設(shè)定功能，提升在線濾棒線速度檢測(cè)精度。

（4）檢測(cè)單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)每支濾棒的檢測(cè)與信號(hào)輸出。

（5）測(cè)速控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自于規(guī)格設(shè)定信號(hào)及檢測(cè)單元濾棒檢測(cè)線速度的計(jì)算和顯示。

2.2 測(cè)速器工作原理

測(cè)速器快插對(duì)接安裝在接收機(jī)濾棒入口與發(fā)射管道之間，并設(shè)置好當(dāng)前濾棒長(zhǎng)度規(guī)格。測(cè)速器上的光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)采集到管內(nèi)高速運(yùn)行的濾棒信號(hào)，并傳遞給控制部分?？刂葡到y(tǒng)計(jì)算出濾棒的實(shí)時(shí)線速度后，通過(guò)顯示單元顯示出線速度數(shù)值。

2.3 研發(fā)關(guān)鍵及技術(shù)要求

測(cè)速器研發(fā)及技術(shù)要求見(jiàn)表1，其中安裝空間或裝置尺寸的規(guī)格為“長(zhǎng)×寬×高”。

表1 測(cè)速器研發(fā)及技術(shù)要求參數(shù)

2.4 主要功能部件

2.4.1 連接件

濾棒發(fā)射管道更換時(shí)，需要重新對(duì)接管道和濾棒接收機(jī)，為了新型濾棒在線發(fā)射接收測(cè)速器可以快速對(duì)接到任何一臺(tái)濾棒接收機(jī)入口與發(fā)射機(jī)管道之間，需要增加兩個(gè)連接件。根據(jù)濾棒管通接頭（公接頭外徑15 mm、母接頭內(nèi)徑15 mm）尺寸，選用公插頭型號(hào)為KMLY-BQ11、母插頭型號(hào)為KCJT-126、平均安裝時(shí)間為26.6 s 的快插式插頭。

2.4.2 顯示單元

為實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射、接收不同規(guī)格濾棒在線發(fā)射線速度的計(jì)算測(cè)量與實(shí)時(shí)顯示，選用了SR420312N 型，LED 數(shù)顯滿足四位數(shù)值顯示及安裝尺寸要求。

2.4.3 規(guī)格設(shè)定單元

根據(jù)卷煙生產(chǎn)的實(shí)際需要，不同牌號(hào)卷煙所匹配的濾棒規(guī)格長(zhǎng)度不同，包含96 mm、100 mm、108 mm、120 mm 等。為滿足測(cè)速器快速檢測(cè)出不同長(zhǎng)度濾棒輸送線速度的要求，通過(guò)測(cè)量與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，采用編碼開(kāi)關(guān)的方式可以實(shí)現(xiàn)濾棒多長(zhǎng)度規(guī)格設(shè)定功能，確保不同規(guī)格在線濾棒線速度檢測(cè)精度。因此，選用開(kāi)關(guān)位數(shù)選用4 位、滿足安裝空間的DIP-4 的編碼開(kāi)關(guān)。

2.4.4 檢測(cè)單元

（1）槽型式傳感器。根據(jù)濾棒的實(shí)際發(fā)射速度，要求測(cè)速器的傳感器響應(yīng)時(shí)間＜100 s、開(kāi)關(guān)頻率＞5000 Hz，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)每支濾棒的檢測(cè)與信號(hào)輸出。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)、測(cè)量與調(diào)查，選擇滿足檢測(cè)精度、安裝方便、免調(diào)試、空間占用小的槽型式傳感器。

（2）亞克力檢測(cè)玻璃管。為確保濾棒在測(cè)速器內(nèi)輸送過(guò)程中，檢測(cè)管對(duì)傳感器在線檢測(cè)發(fā)射管內(nèi)濾棒信號(hào)干擾小，并且管徑與發(fā)射管道一致的前提下，選用透光率為93%的亞克力材料制作有效檢測(cè)窗口。并根據(jù)測(cè)速器研發(fā)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)加工出內(nèi)徑為（10±0.2）mm、內(nèi)徑導(dǎo)口為（11±0.3）mm、外徑為的檢測(cè)管。

2.4.5 測(cè)速控制系統(tǒng)

（1）單片機(jī)測(cè)速系統(tǒng)。測(cè)速控制系統(tǒng)為單片機(jī)，具備4 位數(shù)值顯示功能，滿足安裝空間，并采用Keil uVision 編程，程序控制方式、性能及可靠性均滿足對(duì)來(lái)自于規(guī)格設(shè)定信號(hào)及檢測(cè)單元濾棒檢測(cè)線速度的計(jì)算、顯示單元數(shù)字顯示。

（2）設(shè)計(jì)制作單片機(jī)：①繪制單片機(jī)電路板原理圖；②制作單片機(jī)電路板；③采用Keil uVision 編寫程序；④采用Keil 仿真軟件對(duì)單片機(jī)程序正確性進(jìn)行仿真檢查。

2.5 測(cè)速檢測(cè)支架整體設(shè)計(jì)

為滿足測(cè)速器便攜式、能快速對(duì)接在各型號(hào)的管道與接收機(jī)之間的需求，需要檢測(cè)支架裝置重量輕，方便移動(dòng)使用，最后選擇密度為2.7～2.8 g/cm3的鋁合金材料。支架設(shè)計(jì)加工、組裝后，器件整體實(shí)際測(cè)量為114 mm×55 mm×100 mm（長(zhǎng)×寬×高），裝配設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 檢測(cè)支架裝配設(shè)計(jì)

3 安裝調(diào)試

測(cè)速器各組成部分選型細(xì)化完成后，設(shè)計(jì)加工并申領(lǐng)采購(gòu)了相關(guān)器件進(jìn)行組裝與調(diào)試器件（圖3）。

圖3 組裝完成的測(cè)速器

接著對(duì)測(cè)速器測(cè)速的功能進(jìn)行對(duì)比測(cè)試驗(yàn)證，一是測(cè)速器與M5 接收機(jī)系統(tǒng)集成測(cè)速系統(tǒng)的精度對(duì)比測(cè)試，二是測(cè)速器快插插頭管路對(duì)接測(cè)試時(shí)間驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)對(duì)測(cè)速器測(cè)速精度進(jìn)行對(duì)比測(cè)試驗(yàn)證，精度與M5 接收機(jī)測(cè)速系統(tǒng)偏差為0.53%；快插插頭管路對(duì)接測(cè)試時(shí)間驗(yàn)證平均時(shí)間27.4 s，測(cè)速精度、快插時(shí)間及器件外觀尺寸檢測(cè)驗(yàn)證均100%達(dá)標(biāo)。

4 便攜式濾棒在線發(fā)射接收測(cè)速器創(chuàng)新點(diǎn)

（1）首次開(kāi)發(fā)了便攜式濾棒線速度測(cè)速一體式集成的技術(shù)：測(cè)試器可便攜移動(dòng)、一機(jī)多用，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)現(xiàn)有各發(fā)射/接收機(jī)型設(shè)備濾棒發(fā)射/接收線速度匹配調(diào)機(jī)測(cè)速共用，顯著提高調(diào)機(jī)工作效率，大幅降低濾棒發(fā)射/接收環(huán)節(jié)設(shè)備故障時(shí)長(zhǎng)及卷煙機(jī)增設(shè)測(cè)速裝置的投資費(fèi)用，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)/外行業(yè)的技術(shù)空白。

（2）首次開(kāi)發(fā)了可設(shè)置濾棒長(zhǎng)度規(guī)格線速度測(cè)速的技術(shù)：測(cè)試器可設(shè)置濾棒長(zhǎng)度規(guī)格，使濾棒發(fā)射/接收線速度的測(cè)量值更精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射/接收機(jī)不同規(guī)格濾棒在線發(fā)射線速度的計(jì)算測(cè)量與實(shí)時(shí)精準(zhǔn)顯示，使得發(fā)射氣壓與接收速度匹配的調(diào)試過(guò)程量化直觀、數(shù)值顯示，并解決了M5 卷煙機(jī)集成系統(tǒng)測(cè)速不具備長(zhǎng)度規(guī)格設(shè)定及多長(zhǎng)度規(guī)格在線濾棒線速度偏差大的技術(shù)問(wèn)題。

（3）首次構(gòu)建了濾棒發(fā)射/接收線速度匹配調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)：針對(duì)便攜式濾棒在線發(fā)射接收測(cè)速器的研制，首次總結(jié)編寫出了FT、YF26D、YF215A、YF26、FT-S2 等各型號(hào)接收機(jī)濾棒發(fā)射/接收線速度匹配量化的調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)，可促使行業(yè)內(nèi)全員均可成為濾棒發(fā)射/接收環(huán)節(jié)線速度匹配調(diào)機(jī)的專家。

5 項(xiàng)目效益分析

便攜式濾棒在線測(cè)速器的研發(fā)，可便捷實(shí)現(xiàn)對(duì)各型號(hào)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間相連管道內(nèi)濾棒線速度的在線測(cè)量，直觀、量化直觀指導(dǎo)維修人員，精準(zhǔn)快速完成發(fā)射機(jī)模塊發(fā)送氣壓與接收機(jī)所需要線速度的最佳匹配調(diào)試。

裝置研發(fā)投入使用后，有效減少了濾棒在線供給對(duì)卷包造成停機(jī)或降速的影響，縮短發(fā)射機(jī)/接收機(jī)故障時(shí)長(zhǎng)和調(diào)試時(shí)長(zhǎng)，大大提高卷煙濾棒在線供給保障力與卷煙設(shè)備的生產(chǎn)效率。同時(shí)針對(duì)廠各型號(hào)濾棒接收機(jī)最佳線速度匹配調(diào)試，總結(jié)出《濾棒發(fā)射/接收線速度匹配調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為行業(yè)內(nèi)濾棒在線供給系統(tǒng)的快速調(diào)試提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

便攜式濾棒在線發(fā)射接收測(cè)速器的研發(fā)，是卷煙生產(chǎn)濾棒在線發(fā)射/接收環(huán)節(jié)線速度匹配調(diào)試的技術(shù)革新。便捷實(shí)現(xiàn)了濾棒發(fā)射、接收線速度匹配調(diào)試過(guò)程直觀、數(shù)據(jù)化，有效減少濾棒在線供給制約卷包高效生產(chǎn)的一系列問(wèn)題等，大幅提高調(diào)試工作效率。技術(shù)成果不僅是行業(yè)首創(chuàng)，可以在行業(yè)內(nèi)直接推廣運(yùn)用，更可以在行業(yè)外類似管道發(fā)射、運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)用具有較廣泛的推廣價(jià)值。