PASSIM卷煙機卷煙紙張力伺服裝置改進

劉佳璽

摘 要：PASSIM卷煙機采用獨立驅動的紙張力伺服控制裝置，在實際應用中存在不完善之處，如機組剛啟動時紙張力探測臂擺動幅度較大易引起卷煙紙斷紙現象，并且因紙張力快速變化而使探測臂產生抖動。設計改進后增加一個氣缸和PID速度調節器，對控制電路作相應的調整，使紙張力伺服控制裝置工作穩定，避免斷紙和探測臂抖動現象。

關鍵詞：紙張力；伺服控制裝置；設計；改進

1 Passim卷煙機紙張力伺服控制裝置改進的必要性和重要性

Passim卷煙機是英國MOLINS公司的系列產品之一，在卷煙機紙張力控制方面，采用了當今世界各種高速機型都普遍使用的伺服控制形式，從設計者原意來說是想提高紙張力穩定性和降低斷紙頻率，但是，由于原設計存在著不足，致使紙張力伺服控制裝置經常出現工作不正常現象，發生斷紙和紙張力波動等故障。

如果把紙張力伺服控制裝置取消，采用純機械傳動形式，這樣做的結果是帶來了另外的問題。當拖紙輥被壓紙輥壓緊時，卷煙紙的供給速度受拖紙輥直徑與轉速的控制，若布帶輪直徑稍小，煙槍布帶速度將小于卷煙紙的供給速度，卷煙紙越來越松，直到探測臂擺動到最高位置并隨之發生卷煙紙帶纏繞而斷紙；若布帶輪直徑稍大，煙槍布帶速度將大于卷煙紙的供給速度，卷煙紙被越拉越緊，要么被拉斷，要么相對于布帶或拖紙輥發生滑動而造成跳牌子現象。所以，布帶輪直徑必須精確地對應于拖紙輥直徑，從而就不能通過調整布帶輪直徑來精確地調整煙支長度。

因此，改造Passim卷煙機的紙張力伺服控制裝置，使紙張力伺服控制裝置工作穩定，避免斷紙和紙張力劇烈波動，提高煙支質量，不僅是必要的，而且也是重要的。

2 原紙張力伺服控制裝置的工作原理

Passim卷煙機原紙張力伺服控制裝置的工作原理是，卷煙紙張力由探測臂因重力而產生的力矩提供，電位器把探測臂的角位移轉化為電信號，與測速電機測得的機組運行速度信號一起被傳送給信號處理單元，信號處理單元把二者進行乘法運算后作為探測臂位置偏差信號與機組運行速度信號的另一路一起傳送給伺服驅動器，伺服驅動器根據探測臂位置偏差信號和機組運行速度信號來改變拖紙輥的轉速，使探測臂有回復到正常工作時的零點位置（探測臂的零點位置由電位器的零點位置決定，一般應處于擺幅的中點位置）的傾向。因此，卷煙紙張力只與探測臂因重力而產生的力矩相關，基本上保持恒定。

3 原紙張力伺服控制裝置在實際應用中存在的問題

誘發紙張力伺服控制裝置工作不穩定，引起斷紙和紙張力劇烈波動的主要原因是：

3.1 由于斷紙后探測臂在重力產生的力矩作用下擺動到最高處，在機組剛啟動時，探測臂位于極限位置，電位器輸出的偏差電信號過大，引起伺服控制裝置強烈響應，導致機組剛啟動時探測臂大幅劇烈擺動，有時會引起卷煙紙斷紙而造成機組停機。

3.2 由于信號處理電路采用比例放大器，響應速度過快，系統穩定性差。其結果是探測臂抖動厲害，易發生斷紙，或者造成紙邊跳動，影響上膠效果，嚴重時會引起煙條暴口而使機組停機。

3.3 伺服控制裝置所采用的卷煙機運行速度信號是由一測速電機提供的電壓信號，信號在到達伺服控制裝置的過程中會受到周圍各種電器和電動機產生的雜波的干擾，特別是在卷煙機剛起動時，由于速度較低，速度信號較弱，受到的干擾更加嚴重，易引起信號失真，造成探測臂大幅擺動。

在上述幾點問題中，第一點尤為關鍵。由于機組剛啟動時探測臂位于最高位置，錯誤地反應了拖紙輥與煙槍布帶的線速度差信息，易使伺服控制裝置在機組剛啟動時強烈響應，使探測臂發生劇烈振蕩而造成斷紙。這也就是普遍難于對Passim卷煙機紙張力伺服控制裝置進行調整和解除故障的原因所在。

避免探測臂在機組剛啟動時位于極限位置，是解決Passim卷煙機紙張力伺服控制裝置所存在問題的關鍵。總之，解決了這個問題，也就解決了最根本的問題。

4 改進措施

為了克服Passim卷煙機上紙張力伺服控制裝置中存在的上述問題，設計了一種新型紙張力伺服控制裝置，該紙張力伺服控制裝置工作穩定，可以避免斷紙和紙張力劇烈波動的不足。本改進可通過這樣的方法和結構來實現（圖1）。

圖1 新型紙張力伺服控制裝置原理圖

1.紙張力探測單元；2.信號處理單元；3.伺服驅動單元；4.重錘；5.氣缸；6.電位器；7.探測臂；8.探測臂導紙輥；9.固定導紙輥；10.固定導紙輥；11.卷煙紙；12.測速電機；13.濾波電路；14.PID調節器；15.伺服電機驅動器；16.測速器；17.伺服電機；18.拖紙輥；19.壓紙輥

4.1 在探測臂處設置—受電磁閥控制的氣缸，斷紙后氣缸將探測臂頂到擺幅的中間位置，當卷煙機起動時氣缸縮回與探測臂脫離，這樣即可以保證探測臂在起動時處于擺幅的中間位置，與電位器的零點位置重合，避免電位器輸出過大的偏差電信號而引起伺服控制裝置強烈響應及啟動時探測臂大幅劇烈擺動。

4.2 在原來的紙張力控制裝置中增加—PID速度調節器（比例-積分-微分調節器）。PID速度調節器可以消除穩態誤差，并且可以單獨調節其比例-積分-微分各項的作用強度，特別是其積分調節作用可以使系統的穩定性增加。

4.3 取消原紙張力控制電路板上的乘法電路，使紙臂探測信號直接進入PID速度調節器，避免在卷煙機速度較低的情況下調節信號過弱而導致的斷紙現象。

經過上述改進，可以使紙張力伺服控制裝置運行穩定和便于調節，避免斷紙和紙張力劇烈波動。

5 改造方案的性能、效益分析

本改進可以提高卷煙機的運行穩定性，減少停機次數。因為啟動和停機過程易產生廢煙，所以卷煙機經過改進后就減少了原附材料的損耗。同時，改進后還可以提高紙張力的穩定性，減小紙邊跳動，提高上膠質量，達到提高煙支質量的目的。

參考文獻

[1]煙草設備技術培訓教材.帕西姆卷煙機[S].昆明：云南科技出版社.

[2]許昌煙草機械有限責任公司.ZJ19A卷接機組安裝調試技術培訓教材（二、三冊）（機械）[S].

[3]莫林斯公司.帕西姆機組技術手冊[S].