一種帶計量裝置的煙草喂絲機(jī)

簡著名，胥國芳，陳 亮，程 敏，余佑輝，林 強(qiáng)

（湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖北武漢 430040）

0 引言

喂絲機(jī)是煙草行業(yè)卷煙制絲線上的一種重要主機(jī)設(shè)備。在制絲生產(chǎn)線，經(jīng)多項(xiàng)工序加工的成品煙絲一部分進(jìn)入儲絲柜中儲存，另一部分裝入箱子進(jìn)入煙絲高架庫中儲存，根據(jù)卷包車間的生產(chǎn)計劃進(jìn)行供絲。喂絲機(jī)是制絲車間的末端設(shè)備，成品煙絲通過輸送機(jī)落入喂絲機(jī)進(jìn)料口的喂料倉，煙絲隨底帶運(yùn)行至出料口，經(jīng)負(fù)壓風(fēng)送裝置風(fēng)送至卷包機(jī)。由于煙草喂絲機(jī)對煙絲的流量無法測量，目前只能參考儲絲柜的柜存信息判斷經(jīng)喂絲機(jī)風(fēng)送煙絲的大概重量，儲絲柜與喂絲機(jī)之間的煙絲損耗也無法計算。本文介紹一種煙草喂絲機(jī)的計量裝置，利用脈沖計數(shù)旋轉(zhuǎn)編碼器，在喂絲機(jī)有煙絲流量并且底帶開始送料時進(jìn)行計數(shù)。通過多次煙絲數(shù)據(jù)的測試和完善PLC 的程序，可剔除干擾數(shù)據(jù)，精確計算出通過喂絲機(jī)的煙絲重量。

1 喂絲機(jī)的使用

目前，煙草行業(yè)制絲線使用的喂絲機(jī)主要有旋轉(zhuǎn)擺頭式、篩分振盤式和新型柔性喂絲機(jī)等。旋轉(zhuǎn)擺頭式主要存在的問題有：設(shè)備運(yùn)行時松絲輥對煙絲的造碎比較大；擺動機(jī)構(gòu)和松絲機(jī)構(gòu)均單獨(dú)采用電機(jī)驅(qū)動，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加耗能；松絲輥撥料時與下料腔體容易積料，造成堵塞；篩分振盤在生產(chǎn)過程中由于不停的振動，會造成煙絲分層，卷包出來的煙支內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，而且多個機(jī)臺同時生產(chǎn)時，振盤對煙絲的分配不均勻，卷包機(jī)臺對煙絲的需求得不到滿足等。另外，送絲易堵料、維護(hù)不方便也是篩分振盤結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。

2018 年，武漢卷煙廠異地技改完成后，統(tǒng)一使用新型柔性喂絲機(jī)。與其他喂絲機(jī)相比，新型柔性喂絲機(jī)有以下4 個優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)柔性送絲，降低煙絲造碎率。

（2）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單合理、故障率低、維修維護(hù)方便。

（3）生產(chǎn)效率高，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)一臺喂絲機(jī)達(dá)到6 管或8 管供絲的能力。一臺喂絲機(jī)分為左右兩個喂料倉，煙絲經(jīng)皮帶輸送機(jī)進(jìn)入喂料倉內(nèi)，在翻板的作用下可實(shí)現(xiàn)左右兩個喂料倉單獨(dú)進(jìn)料。喂料倉內(nèi)的煙絲始終處于滿料狀態(tài)，每個喂料倉可供3～4 個風(fēng)管供絲。

（4）避免煙絲分層，提高柔性加工水平，保證成品煙絲的供絲質(zhì)量。該喂絲機(jī)供料根據(jù)卷煙機(jī)臺的實(shí)時生產(chǎn)供絲，當(dāng)喂絲機(jī)內(nèi)的負(fù)壓開關(guān)檢測到卷煙機(jī)臺的要料信號時，喂絲機(jī)的底帶和撥輥運(yùn)行供料，負(fù)壓檢測信號消失喂絲機(jī)立即停止供料，這樣就不會出現(xiàn)煙絲滯留現(xiàn)象，進(jìn)而提高煙絲供料的質(zhì)量。

2 使用中遇到的問題

新型柔性喂絲機(jī)結(jié)構(gòu)合理，使用方便，可滿足喂絲的需求。但是現(xiàn)有的喂絲機(jī)均無計量裝置，無法準(zhǔn)確統(tǒng)計煙絲的使用量。成品煙絲通過輸送機(jī)落入喂絲機(jī)進(jìn)料口的喂料倉，煙絲隨底帶運(yùn)行至出料口，經(jīng)負(fù)壓風(fēng)送裝置風(fēng)送至卷包機(jī)。煙草喂絲機(jī)僅僅是一臺煙絲風(fēng)送設(shè)備，對煙絲的流量無法測量。目前，只能參考儲絲柜的柜存信息判斷經(jīng)喂絲機(jī)風(fēng)送煙絲的重量，而儲絲柜的柜存重量是由加香工序前電子秤稱重的重量傳輸過來，在加香生產(chǎn)工序中需要在加香筒內(nèi)加入香料，物料進(jìn)入加香筒前還會在振槽上將煙絲灰篩選出來，這些工序都會直接影響成品煙絲的總重量。

另外，從加香工序進(jìn)儲絲柜、儲絲柜到喂絲機(jī)這兩段路徑較長，煙絲在皮帶輸送機(jī)上運(yùn)行時的損耗及堵料等不確定因素較多，此過程中的煙絲損耗也無法計算。因此，無法準(zhǔn)確統(tǒng)計出經(jīng)過喂絲機(jī)風(fēng)送至卷包機(jī)的煙絲重量。

3 旋轉(zhuǎn)編碼器計量裝置的應(yīng)用

3.1 計量裝置選型

武漢卷煙廠使用的稱重計量裝置主要是皮帶電子秤，皮帶電子秤可動態(tài)稱重，無需對質(zhì)量細(xì)分或中斷輸送帶的運(yùn)動，也可以對散的煙草制品進(jìn)行連續(xù)稱重。經(jīng)過調(diào)試設(shè)定后的皮帶電子秤，精確度高，不僅可以準(zhǔn)確測量出通過皮帶電子秤的物料，而且還可以通過設(shè)置皮帶電子秤的流量來控制煙草制品的均勻供料，大幅提高成品煙絲的生產(chǎn)質(zhì)量。

但皮帶電子秤的體積較大，長時間運(yùn)行易造成皮帶跑偏，需要專人定期維護(hù)。而新型柔性喂絲機(jī)是結(jié)構(gòu)簡單、便于維修維護(hù)的設(shè)備，其周邊空間有限，不能滿足安裝體積大的稱重計量設(shè)備。另外，新型柔性喂絲機(jī)是將成品煙絲通過輸送機(jī)落入喂絲機(jī)進(jìn)料口的喂料倉中暫存，等待卷接設(shè)備有要料信號時，煙絲隨底帶運(yùn)行至出料口，經(jīng)負(fù)壓風(fēng)送裝置風(fēng)送至卷包機(jī)，對煙絲流量的控制要求并不高，所以此位置適合選擇一種重量輕、體積小、穩(wěn)定性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高的煙絲計量裝置。

3.2 旋轉(zhuǎn)編碼器

旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機(jī)電技術(shù)于一體的速度、位移傳感器通常用來測量轉(zhuǎn)速、并可配合PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)速?？蓪⑤敵鲚S的角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖，然后以數(shù)字量輸出。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動光柵盤旋轉(zhuǎn)時，發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號。該信號經(jīng)后續(xù)電路處理后，輸出脈沖信號。

旋轉(zhuǎn)編碼器可分為有軸型和軸套型，可直接安裝在現(xiàn)有設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸上，使用方便，具有體積小、重量輕、品種多、功能全、力矩小、耗能低、穩(wěn)定性強(qiáng)、壽命長等特點(diǎn)。

3.3 旋轉(zhuǎn)編碼器計量裝置的應(yīng)用

本喂絲機(jī)采用軸套型旋轉(zhuǎn)編碼器，將旋轉(zhuǎn)編碼器直接安裝固定在現(xiàn)有的傳動軸上，由軸帶動編碼器同步旋轉(zhuǎn)，可提高計數(shù)的準(zhǔn)確性。由圖1 可看出，新型柔性喂絲機(jī)是一臺結(jié)構(gòu)簡單合理的設(shè)備，應(yīng)用方便、設(shè)備故障率低。

圖1 煙草喂絲機(jī)整體結(jié)構(gòu)

在喂絲機(jī)運(yùn)行過程中能夠滿足旋轉(zhuǎn)編碼器的使用條件，喂絲機(jī)在運(yùn)行時，底帶傳動軸是將喂料倉中的煙絲送至出料口風(fēng)送至卷包機(jī)，將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在底帶傳動軸上，則旋轉(zhuǎn)編碼器隨底帶傳動軸運(yùn)動輸出的脈沖信號和煙絲流量就會產(chǎn)生聯(lián)系。

具體措施為：成品煙絲由皮帶輸送機(jī)送入喂絲機(jī)進(jìn)料口，落入喂料倉；喂絲機(jī)啟動后，喂料倉底帶在電機(jī)的驅(qū)動下開始運(yùn)行，將煙絲送入喂絲機(jī)出料口，煙絲在負(fù)壓的作用下風(fēng)送至卷包機(jī)；旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在底帶傳動軸上，軸套將旋轉(zhuǎn)編碼器鎖死在底帶傳動軸上，旋轉(zhuǎn)編碼器的電源線和信號線接入接線盒中，從接線盒連線接入PLC 反饋點(diǎn)；旋轉(zhuǎn)編碼器的外殼通過Z 形固定支架固定在軸承座上，軸承安裝在底帶傳動軸的軸承位，固定在軸承座里面。

喂料倉底帶運(yùn)行將煙絲緩慢往前推送，當(dāng)光電感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)有煙絲通過時，產(chǎn)生輸入信號傳至PLC，旋轉(zhuǎn)編碼器隨著底帶傳動軸的運(yùn)行開始產(chǎn)生脈沖信號，該信號直接輸入給PLC，PLC 的高速計數(shù)器對該脈沖信號進(jìn)行計數(shù)并保存至DB（數(shù)據(jù)）塊中。PLC 內(nèi)通過程序計算，將脈沖計數(shù)轉(zhuǎn)換為重量計數(shù)、得到煙絲重量。

3.4 數(shù)據(jù)的分析及應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在底帶傳動軸上，由光電感應(yīng)開關(guān)來判斷底帶是否有煙絲，底帶轉(zhuǎn)動時，則會有煙絲落入出料口，旋轉(zhuǎn)編碼器同時輸出脈沖信號給PLC（圖2）。通過投入準(zhǔn)確重量500 kg 的煙絲進(jìn)行3 次測試，算出脈沖與煙絲重量的比例值，即將500 kg 的煙絲從進(jìn)料口輸送至出料口，當(dāng)光電開關(guān)感應(yīng)到有煙絲流量進(jìn)行風(fēng)送時，編碼器隨著底帶傳動軸的轉(zhuǎn)動獲取脈沖計數(shù)輸出給PLC，根據(jù)這個脈沖計數(shù)和500 kg 的煙絲重量，來獲取煙絲重量和脈沖計數(shù)之間的線性關(guān)系，得到一個穩(wěn)定的中間值（表1）。

表1 測試得出煙絲重量與脈沖的關(guān)系

圖2 旋轉(zhuǎn)編碼器接線示意

3 次測試的數(shù)據(jù)接近，取平均值0.073 66 kg/脈沖，可得出旋轉(zhuǎn)編碼器每獲取一個脈沖值對應(yīng)的煙絲。將該中間值直接應(yīng)用于PLC，通過程序計算將脈沖計數(shù)轉(zhuǎn)換為重量計數(shù)、得到煙絲的準(zhǔn)確重量。

4 結(jié)論

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計并在PLC 內(nèi)完善數(shù)據(jù)的處理，可以保證煙絲重量計數(shù)的準(zhǔn)確性，與電子秤等機(jī)械稱重方式相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡單，可直接安裝在原有設(shè)備的傳動軸上，不占用空間。喂絲機(jī)原本就是一臺體積較小的供絲設(shè)備，如果增加計量設(shè)備，空間不夠且與設(shè)備匹配度不高。而旋轉(zhuǎn)編碼器體積小、精確度高，結(jié)構(gòu)簡單且便于安裝，安裝后也不會占用額外的空間。

（2）自動化程度高。旋轉(zhuǎn)編碼器利用PLC 的高速計數(shù)器進(jìn)行實(shí)時計數(shù)，與傳統(tǒng)的稱重計量裝置相比具有快捷、及時、自動計數(shù)的特點(diǎn)。

（3）穩(wěn)定性可靠，便于維護(hù)。旋轉(zhuǎn)編碼器隨著軸的旋轉(zhuǎn)開始計數(shù)工作，受到外界因素的干擾較少，在沒有外力影響的情況下使用壽命長，維護(hù)時只需要檢查接線端子是否緊固和連接處的螺絲是否松動即可。