基于PLC的煙盒內(nèi)襯紙缺陷檢測系統(tǒng)

陳海需，衡耀付，李魯陽，劉勇軍

（1.黃淮學(xué)院 機電工程學(xué)院，河南 駐馬店 463000；2.中國科學(xué)院電工研究所 北京 100190）

基于PLC的煙盒內(nèi)襯紙缺陷檢測系統(tǒng)

陳海需1，衡耀付1，李魯陽2，劉勇軍1

（1.黃淮學(xué)院 機電工程學(xué)院，河南 駐馬店 463000；2.中國科學(xué)院電工研究所 北京 100190）

煙盒內(nèi)襯紙 （鋁箔紙）具有保護香煙防潮、防水分流失、煙支霉變和卷煙香氣損失的作用，GDX2硬盒硬條包裝機組由于設(shè)計問題，無法檢測和剔除包裹煙支的鋁箔紙缺失、破損、變形等問題，為避免缺陷煙包流入市場，設(shè)計一種利用歐姆龍接近開關(guān)E2E-X5MF1與可編程控制器S7-200配合控制的煙包鋁箔紙缺陷檢測系統(tǒng)，加裝在硬盒包裝主機煙包出口與小盒透明紙包裝機入口之間的煙包通道上，實際生產(chǎn)實踐證明，該系統(tǒng)經(jīng)濟實用，檢測可靠，缺陷煙包識別剔除率達到100%，有效提升了香煙品質(zhì)和企業(yè)形象。

缺陷檢測；內(nèi)襯紙；接近開關(guān)；PLC

GDX2硬盒硬條包裝機組是意大利GD公司生產(chǎn)的設(shè)備，它由X2硬盒包裝機、CH盒外透明包裝機、CT硬條盒包裝機和CV條外透明包裝機組成，在硬盒包裝機工作時，煙盒內(nèi)襯紙以400張/分鐘高速運行[1]，經(jīng)輸送、壓痕、裁切、定位后進入包裝模盒進行包裝折疊，在此過程中針對鋁箔紙有左、右偏移檢測和“PULL”檢測，然而由于包裝模盒設(shè)計緊湊、空間狹窄，在商標紙包上煙支裹包后未設(shè)計有小盒鋁箔紙缺陷檢測裝置，這就導(dǎo)致內(nèi)襯紙在多個工位裁切、折疊時造成的內(nèi)襯紙撕舌缺失、偏移和破損現(xiàn)象無法有效把控，從而失去了內(nèi)襯紙防潮、防霉變和防止煙香損失的作用[2]。根據(jù)市場調(diào)查，許多卷煙廠在生產(chǎn)過程中都不同程度地出現(xiàn)鋁箔紙缺失或破損的小盒卷煙混入成品條盒卷煙中，而且小盒卷煙的鋁箔紙破損、缺失后，往往會使煙支在包裝過程中丟失，造成小盒卷煙嚴重缺支，最終造成各種缺陷煙包進入下道工序，進而流入市場，嚴重影響了香煙品質(zhì)和企業(yè)形象。

針對以上問題，文獻[3]提到關(guān)于煙盒包裝紙缺陷檢測，過于復(fù)雜，不夠經(jīng)濟，文獻[4-6]提到的檢測方法不夠成熟，而該系統(tǒng)介紹的利用歐姆龍接近開關(guān)[7]E2E-X5MF1與PLC可編程控制器配[8-9]合實現(xiàn)了卷煙內(nèi)襯紙缺陷檢測控制，并能剔除缺陷煙包，有效提升了卷煙包裝質(zhì)量。

1 檢測系統(tǒng)方案設(shè)計

煙盒內(nèi)襯紙缺陷檢測系統(tǒng)由西門子S7-200控制器、電感式接近開關(guān)、光纖傳感器、自動剔除裝置，以及報警裝置組成，控制基本原理如圖1所示。

圖1 檢測系統(tǒng)基本原理

經(jīng)現(xiàn)場實際研究，GDX2卷煙包裝機組在小盒包裝機包裹流程的工位上，空間狹窄，沒有足夠空間安裝檢測裝置，退而求其次，在小盒包裝機與透明紙包裝機之間的煙包傳送通道安裝缺陷檢測裝置，也能保證最小限度成本損失，安裝效果如圖2所示。

圖2 缺陷檢測裝置安裝示意圖

檢測裝置由8個歐姆龍接近開關(guān)、2個反射式光纖傳感器、1個剔除電磁閥和氣嘴組成。通過改造設(shè)計，在煙包輸送通道兩側(cè)的擋板上各交錯安裝4個接近開關(guān)，對小盒卷煙的兩個側(cè)面進行全面掃描檢測，為避免接近開關(guān)的相互干擾間距設(shè)置20 mm。在右側(cè)面接近開關(guān)的兩側(cè)各安裝1個反射式光纖傳感器，用來輸出煙包位置信號，并決定缺陷動作信號的動作時間，其左右位置決定檢測同步寬度。

剔除電磁閥和氣嘴安裝在距離前端光纖傳感器200 mm遠的通道擋板上，正對面擋板設(shè)計有80 mm*30 mm深的缺陷煙包剔除口，由剔除氣嘴將有鋁箔紙缺陷的小盒卷煙從剔除口吹出煙包輸送通道。

2 檢測系統(tǒng)電路設(shè)計

缺陷檢測系統(tǒng)選用電感式傳感器作為檢測元件，其可以透過商標紙等非金屬材料對小盒卷煙內(nèi)的鋁箔紙質(zhì)量缺陷進行有效檢測。并從經(jīng)濟性、穩(wěn)定性綜合考慮選用歐姆龍E2E-X5MF1接近開關(guān)，為直流三線式無屏蔽接近開關(guān)，直徑12 mm，有效檢測距離5 mm，PNP/NO輸出形態(tài)，檢測到金屬體時輸出高電平。

光纖傳感器選用FS2-60P，檢測到煙包時輸出高電平，頻響特性好、靈敏度較高，保證同步檢測寬度內(nèi)煙包的位置精確。系統(tǒng)選用西門子S7-200 CPU224CN PLC，集成了14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點，可以滿足本檢測系統(tǒng)的需求，內(nèi)襯紙缺陷檢測系統(tǒng)電路原理如下圖3所示。

圖3 檢測系統(tǒng)電路簡圖

3 檢測系統(tǒng)PLC程序設(shè)計

本設(shè)計共用到10個數(shù)字量輸入和4個數(shù)字量輸出，輸入口設(shè)置從I0.0到I1.1，輸出口從Q0.1到Q0.4，如上圖3所示。

系統(tǒng)的自動缺陷檢測功能通過可編程邏輯控制器PLC編程實現(xiàn)，程序流程如圖4所示，其控制方式為：煙盒鋁箔紙正常時，接近開關(guān)一直輸出高電平，在光纖信號下降沿對煙包進行計數(shù)；當檢測到煙盒鋁箔紙缺失或破損時，接近開關(guān)會輸出時長不等的低電平，同時啟動報警，PLC進行存儲移位，在缺陷煙盒離開前端光纖傳感器，即光纖信號下降沿到達時，PLC延時后指令剔除電磁閥動作，剔除氣嘴將缺陷煙包吹出輸送通道，掉到回收設(shè)備中，不進入下道工序，然后解除報警，缺陷煙包計數(shù)，剔除電磁閥復(fù)位。

煙包傳送速度是固定的，由于煙包內(nèi)襯紙缺陷前后位置不一樣，產(chǎn)生缺陷信號的時間就不一致，導(dǎo)致報警隨機出現(xiàn)，為了避免缺陷部位不同，所引起的時間誤差，在編程時引入了光纖信號下降沿作為剔除動作的觸發(fā)信號，經(jīng)過計算與反復(fù)試驗，在光纖信號下降沿到來時需延時165 ms啟動剔除電磁閥。

圖4 缺陷檢測系統(tǒng)程序流程圖

4 試驗結(jié)果

內(nèi)襯紙缺陷檢測系統(tǒng)波形如下圖5所示，在傳感器檢測同步寬度內(nèi)，由于安裝位置的原因，光纖信號寬度理論上略大于接近開關(guān)掃描寬度。當有一個及以上接近開關(guān)輸出低電平，也即檢測不到鋁箔紙信號或信號斷續(xù)時，可以認為煙盒內(nèi)襯鋁箔紙缺失或破損，并在第一個低電平信號出現(xiàn)時立即報警。當內(nèi)襯紙無缺陷時，接近開關(guān)在掃描寬度內(nèi)輸出高電平，不會觸發(fā)報警。

圖5 內(nèi)襯紙掃描檢測波形

GDX2小盒包裝機在安裝內(nèi)襯紙缺陷檢測裝置后，可在連續(xù)運轉(zhuǎn)的情況下準確剔除有鋁箔紙破損、缺失、偏斜的小盒卷煙，缺陷識別剔除率達到了100%。進一步生產(chǎn)試驗，發(fā)現(xiàn)該缺陷檢測系統(tǒng)對內(nèi)襯紙折疊不良、變形的煙包，甚至煙包缺少的硬條盒也有一定的檢測效果。

5 結(jié) 論

該檢測系統(tǒng)采用西門子可編程控制器為平臺，巧妙結(jié)合產(chǎn)品特點，利用接近開關(guān)對金屬的敏感性實現(xiàn)了煙盒內(nèi)襯紙的缺陷檢測，有效檢測距離5 mm，能準確的識別并剔除鋁箔紙破損、缺失或偏斜煙包。與現(xiàn)有的視覺成像檢測技術(shù)[10-11]相比，該檢測裝置原理成熟，成本低廉，檢測可靠，而且雙面檢測更有效地避免內(nèi)襯紙缺陷煙包流入市場，有效提升了香煙品質(zhì)和企業(yè)形象。

[1]劉賀陽，張建勛，孫天發(fā)，等.GDX1包裝機組鋁箔紙自動拼接系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用[J].煙草科技，2010，271（2）:20-22.

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Defect detection system of inner-frame for cigarette based on PLC

CHEN Hai-xu1，HENG Yao-fu1，LI Lu-yang2，LIU Yong-jun1
（1.College of Mechanical and Electrical Engineering， Huanghuai University，Zhumadian 463000 China；2.Institute of Electrical Engineering Chinese Academy of Science，Beijing 100190， China）

Inner-frame for cigarette （aluminum foil） has the effect that prevent cigarette from damp，mildew and loss of tobacco aroma，Due to a design flaw，GDX2 cigarette packer is unable to detect and eliminate the problem about the loss， damage， deformation of aluminum foil paper.In order to avoid the defective tobacco package escapes into the market，we designed a defect detection system of Innerframe for cigarette，which uses coordinated control of Omron proximity switch E2E-X5MF1 and PLC S7-200，Installed in tobacco package channel between the exit of hard packet packer and the entrance of small box transparent paper packer.Practices showed that the system is economical and practical，stable performance，reliable detection，the eliminating rate of defective tobacco package reaches 100%，improved the quality of the cigarette and the corporate identity effectively.

Inner-frame；defect detection；proximity switch； PLC

TN7

A

1674－6236（2017）12-0057-03

2016-07-30稿件編號：201607217

國家自然科學(xué)基金項目（61404057）；河南省科技攻關(guān)計劃項目（152102110039）

陳海需（1987—），男，河南南陽人，碩士，講師。研究方向：電子電路、自動控制。