GDX2（ZB45）包裝機組電磁鐵控制電路的設(shè)計與改進

田銳 岑天揚

摘 要：GDX2（ZB45）包裝機組控制單元中的電磁鐵易出現(xiàn)線圈過熱損壞，影響設(shè)備正常運行，嚴(yán)重時可剔除裝置或停止輸送裝置易發(fā)生動作不到位而導(dǎo)致設(shè)備其他部套件損壞。為此，特提出對電磁鐵線圈得電時間實行計時控制的解決措施，為設(shè)備穩(wěn)定、可靠運行提供有效保證，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：包裝機組；電磁鐵；渦電流；過熱；剔除

中圖分類號：TS43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）11-0076-03

Abstract： The electromagnet in the control unit of the GDX2（ZB45） packing unit is prone to overheating and damaging the coil， which affects the normal operation of the equipment. When it is serious， the operation of each culling device or the stop conveying device is easy to fail in place， which results in the damage of other parts of the equipment. Therefore， the paper puts forward the solution to timing control of the electromagnet coil， which can provide effective guarantee for the stable and reliable operation of the equipment and guarantee the quality of the product.

Keywords： packaging unit； electromagnet； eddy current； overheating； elimination

1 概述

GDX2包裝機組是意大利G·D公司生產(chǎn)的硬盒包裝設(shè)備，生產(chǎn)速度400包/min，其以自動化程度高、質(zhì)量穩(wěn)定、運行可靠等優(yōu)點在卷煙企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)技術(shù)引進后，現(xiàn)設(shè)備型號為ZB45包裝機組。該系列機組有較為完善的質(zhì)量檢測和剔除系統(tǒng)，能在高速運行中對不合格煙包和輔料進行檢測與剔除，但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)各剔除機構(gòu)（2號輪內(nèi)襯紙?zhí)蕹b置、第14步商標(biāo)紙?zhí)蕹b置、框架紙停止輸送控制裝置以及3號輪、6號輪、8號輪）易發(fā)生故障，對設(shè)備運行和產(chǎn)品質(zhì)量造成不利影響。而這些裝置的執(zhí)行動力主要來自于電磁鐵得電后產(chǎn)生的磁力。由于電磁鐵易發(fā)生線圈過熱損壞，有時甚至?xí)蛱蕹b置動作不到位而產(chǎn)生設(shè)備損壞，不能保證設(shè)備的正常有效穩(wěn)定運行。為此，已有采用氣動驅(qū)動裝置代替電磁鐵[1]的解決方法，其目的是提高電磁鐵的運行可靠性。現(xiàn)闡述一種有效防止電磁鐵出現(xiàn)線圈過熱損壞的方法。

2 存在問題

該機組小包成型部分2號輪內(nèi)襯紙?zhí)蕹⑸虡?biāo)紙輸送通道第14步商標(biāo)紙?zhí)蕹⒖蚣芗埻Ｖ馆斔涂刂啤?號輪煙包剔除、6號輪煙包剔除、8號輪處煙包剔除等均由交流電磁鐵使各剔除連桿往復(fù)運動完成剔除動作（如圖1所示）。其使能信號均由電控系統(tǒng)中對應(yīng)的控制元器件提供，分別控制以上各部位對應(yīng)的電磁鐵驅(qū)動模塊處于工作狀態(tài)，若某部位出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷未被剔除，最終導(dǎo)致出現(xiàn)不同類型的質(zhì)量缺陷產(chǎn)品。

2.1 2號輪內(nèi)襯紙?zhí)蕹b置

當(dāng)GDX2（ZB45）包裝機組組煙模盒中出現(xiàn)空頭或缺支等缺陷煙支時，電控系統(tǒng)中15號板14腳輸出一個高電平控制信號，電磁鐵驅(qū)動模塊V802處于工作狀態(tài)，使內(nèi)襯紙?zhí)蕹b置的控制電磁鐵線圈得電，對應(yīng)組煙的內(nèi)襯紙將在2號輪內(nèi)襯紙?zhí)蕹b置處被剔除，若未被剔除，內(nèi)襯紙將堵塞在剔除輪處，妨礙下一張內(nèi)襯紙的正常輸送，導(dǎo)致生產(chǎn)出內(nèi)襯紙缺陷的產(chǎn)品。

2.2 商標(biāo)紙輸送通道第14步商標(biāo)紙?zhí)蕹b置

當(dāng)GDX2（ZB45）包裝機組產(chǎn)生內(nèi)襯紙缺陷的煙包時，電控系統(tǒng)中16號板20腳輸出一個高電平控制信號，電磁鐵驅(qū)動模塊V805處于工作狀態(tài)，使商標(biāo)紙?zhí)蕹b置的控制電磁鐵線圈得電，對應(yīng)煙包的商標(biāo)紙將在商標(biāo)紙第一輸送通道第14步被剔除，若未被剔除，將導(dǎo)致后續(xù)包裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障停機。

2.3 框架紙停止輸送控制裝置

當(dāng)GDX2（ZB45）包裝機組組煙模盒中出現(xiàn)空頭或缺支等缺陷或產(chǎn)生內(nèi)襯紙缺陷的煙包時，電控系統(tǒng)中15號板23腳輸出一個高電平控制信號，電磁鐵驅(qū)動模塊V803處于工作狀態(tài)，使框架紙停止輸送裝置的控制電磁鐵線圈得電，對應(yīng)組煙或內(nèi)襯紙缺陷煙包的框架紙將被停止輸送，若繼續(xù)輸送框架紙，將導(dǎo)致下一個工序出現(xiàn)異常。

2.4 3號輪、6號輪、8號輪處煙包剔除裝置

GDX2（ZB45）包裝機組3號輪剔除有內(nèi)襯紙缺陷的煙包、6號輪剔除商標(biāo)紙缺陷的煙包、8號輪是所有缺陷煙包的最終剔除點。3個剔除點分別由系統(tǒng)產(chǎn)生的高電平控制信號，使相應(yīng)剔除裝置的控制電磁鐵線圈得電，剔除相對應(yīng)的缺陷煙包。若3號輪、6號輪、8號輪處剔除出現(xiàn)異常，降低后續(xù)包裝環(huán)節(jié)的連續(xù)穩(wěn)定運行，嚴(yán)重時將打壞3號輪及模盒、6號輪或模盒、8號輪模盒或剔除系統(tǒng)。

2.5 電磁鐵

GDX2（ZB45）包裝機組剔除裝置和停止裝置采用的電磁鐵均為交流電磁鐵，其線圈額定工作電壓為交流24V，電氣線路配置簡單，交流電磁鐵啟動力大，換向時間短。但換向沖擊大，工作時溫升高（外殼設(shè)有散熱筋）；當(dāng)閥芯動作頻繁或負(fù)荷過大時，電磁鐵因電流過大易燒壞，可靠性較差，壽命較短。其工作方式是剔除裝置和停止輸送裝置實行一個控制信號控制完成一次動作，線圈得電的電磁鐵，其鐵芯工作行程在未到達(dá)最大行程的情況下，被機械運動的某個點（或指機械凸輪的最高點、最低點）頂住或卡死達(dá)不到最大行程，在該位置正處于停車狀態(tài)且停車時間很長。這時電磁鐵工作行程還未達(dá)到設(shè)定的一個完整的工作周期是不會斷電的，這樣就會在電磁鐵線圈中產(chǎn)生較大的渦電流，設(shè)備停機時間較長后線圈內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的高熱使線圈因過熱而損壞。如圖1所示， 當(dāng)2號輪內(nèi)襯紙?zhí)蕹b置、第14步商標(biāo)紙?zhí)蕹b置、框架紙停止輸送控制裝置以及3號輪、6號輪、8號輪處煙包剔除裝置剔除時， 電磁鐵1得到剔除信號， 電磁鐵動作， 使各剔除連桿往復(fù)運動完成剔除動作。

3 改進方法

3.1 電路設(shè)計

（1）設(shè)計思路：考慮到電磁鐵得電工作時，電磁鐵線圈產(chǎn)生的渦流會導(dǎo)致線圈發(fā)熱，超過一定時間后會引起電磁鐵線圈燒壞。為此，設(shè)計一個計時控制電路對剔除控制信號或停止輸送控制信號進行計時控制，當(dāng)其信號持續(xù)時間大于120秒（時間可調(diào)整）后，將其相應(yīng)的控制信號回路作暫時斷開處理，在設(shè)備運動（或啟動，或點動、或手動盤車）時，用一個自動復(fù)位信號將其控制信號回路接通（包裝機組的Micro II電氣控制系統(tǒng)設(shè)計時，始終優(yōu)先啟動煙包輸送通道的輸送皮帶電機），使原電磁鐵工作性能保持不變，從而達(dá)到解決問題的目的。

（2）設(shè)計依據(jù)：根據(jù)GDX2（ZB45）包裝機組電控系統(tǒng)的工作原理，在設(shè)備運行（正常啟動，或點動、或手動盤車）時，其控制電柜13號輸出控制板的6腳將輸出一個高電平控制信號（線號3/708），控制煙包輸送通道的輸送皮帶電機啟動運行；取煙包輸送通道的煙包輸送皮帶電機控制信號作為自動復(fù)位信號，用PLC工業(yè)可編程控制器對各剔除控制信號或停止輸送控制信號進行計時控制，這樣便能實現(xiàn)電磁鐵控制電路恢復(fù)原有的功能。

3.2 程序設(shè)計及元器件選擇

（1）控制流程圖

（2）設(shè)計程序：該PLC控制器指令系統(tǒng)完全支持西門子S7-200的全部指令，采用西門子編程軟件編寫的控制程序。如下圖：

（3）元器件選取：根據(jù)控制數(shù)量及現(xiàn)有的PLC控制器，選用某公司型號為CPU224 AC/DC/RL的PLC控制器。該控制器為14點輸入/10點輸出（繼電器輸出），IN為高電平有效，與電磁鐵驅(qū)動模塊IN控制信號電平相同，滿足控制需求。

（4）PLC接線框圖（如圖4）。

4 改進效果

（1）通過程序模擬試驗后，安裝到我廠其中一臺GDX2（ZB45）包裝機組進行現(xiàn)場測試，并進行1周的連續(xù)運行觀察，增加PLC裝置對GDX2（ZB45）包裝機組剔除電磁鐵進行計時控制未對設(shè)備的正常穩(wěn)定運行產(chǎn)生任何影響，達(dá)到改進設(shè)計的目的。

（2）通過連續(xù)運行3個月，徹底解決了電磁鐵線圈過熱燒壞現(xiàn)象，并及時推廣到其它GDX2（ZB45）包裝機組，至今未出現(xiàn)過電磁鐵線圈過熱燒壞的現(xiàn)象，效果較好，性能十分穩(wěn)定，有效的排除了該系列包裝機組各剔除機構(gòu)的故障，提高了設(shè)備運行效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)束語

通過對工廠現(xiàn)有GDX2（ZB45）包裝機組電磁鐵控制電路的改進后，未出現(xiàn)過相關(guān)電磁鐵線圈過熱燒壞的現(xiàn)象。結(jié)果表明：該控制方法有效的徹底解決該系列包裝機組易出現(xiàn)電磁鐵線圈過熱損壞的故障現(xiàn)象，有效地避免因剔除裝置或停止輸送裝置動作不到位而產(chǎn)生設(shè)備打壞故障，降低了設(shè)備運行成本，提高了設(shè)備運行效率，而且改進方法簡單、經(jīng)濟、實用，為煙草行業(yè)GDX2（ZB45）包裝機組連續(xù)運行穩(wěn)定性起到一定的借鑒作用。

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