GDX2（ZB45）包裝機組電磁鐵控制電路的設計與改進

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線圈過熱損壞，影響設備正常運行，嚴重時可剔除裝置或停止輸送裝置易發生動作不到位而導致設備其他部套件損壞。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，為設備穩定、可靠運行提供有效保證，保證產品質量。

關鍵詞：包裝機組；電磁鐵；渦電流；過熱；剔除

中圖分類號：TS43 文獻標志碼：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公司生產的硬盒包裝設備，生產速度400包/min，其以自動化程度高、質量穩定、運行可靠等優點在卷煙企業得到廣泛應用。經技術引進后，現設備型號為ZB45包裝機組。該系列機組有較為完善的質量檢測和剔除系統，能在高速運行中對不合格煙包和輔料進行檢測與剔除，但在生產中發現各剔除機構（2號輪內襯紙剔除裝置、第14步商標紙剔除裝置、框架紙停止輸送控制裝置以及3號輪、6號輪、8號輪）易發生故障，對設備運行和產品質量造成不利影響。而這些裝置的執行動力主要來自于電磁鐵得電后產生的磁力。由于電磁鐵易發生線圈過熱損壞，有時甚至會因剔除裝置動作不到位而產生設備損壞，不能保證設備的正常有效穩定運行。為此，已有采用氣動驅動裝置代替電磁鐵[1]的解決方法，其目的是提高電磁鐵的運行可靠性。現闡述一種有效防止電磁鐵出現線圈過熱損壞的方法。

2 存在問題

該機組小包成型部分2號輪內襯紙剔除、商標紙輸送通道第14步商標紙剔除、框架紙停止輸送控制、3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運動完成剔除動作（如圖1所示）。其使能信號均由電控系統中對應的控制元器件提供，分別控制以上各部位對應的電磁鐵驅動模塊處于工作狀態，若某部位出現的質量缺陷未被剔除，最終導致出現不同類型的質量缺陷產品。

2.1 2號輪內襯紙剔除裝置

當GDX2（ZB45）包裝機組組煙模盒中出現空頭或缺支等缺陷煙支時，電控系統中15號板14腳輸出一個高電平控制信號，電磁鐵驅動模塊V802處于工作狀態，使內襯紙剔除裝置的控制電磁鐵線圈得電，對應組煙的內襯紙將在2號輪內襯紙剔除裝置處被剔除，若未被剔除，內襯紙將堵塞在剔除輪處，妨礙下一張內襯紙的正常輸送，導致生產出內襯紙缺陷的產品。

2.2 商標紙輸送通道第14步商標紙剔除裝置

當GDX2（ZB45）包裝機組產生內襯紙缺陷的煙包時，電控系統中16號板20腳輸出一個高電平控制信號，電磁鐵驅動模塊V805處于工作狀態，使商標紙剔除裝置的控制電磁鐵線圈得電，對應煙包的商標紙將在商標紙第一輸送通道第14步被剔除，若未被剔除，將導致后續包裝環節出現故障停機。

2.3 框架紙停止輸送控制裝置

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

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號輪剔除有內襯紙缺陷的煙包、6號輪剔除商標紙缺陷的煙包、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產生的高電平控制信號，使相應剔除裝置的控制電磁鐵線圈得電，剔除相對應的缺陷煙包。若3號輪、6號輪、8號輪處剔除出現異常，降低后續包裝環節的連續穩定運行，嚴重時將打壞3號輪及模盒、6號輪或模盒、8號輪模盒或剔除系統。

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（外殼設有散熱筋）；當閥芯動作頻繁或負荷過大時，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）頂住或卡死達不到最大行程，在該位置正處于停車狀態且停車時間很長。這時電磁鐵工作行程還未達到設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生較大的渦電流，設備停機時間較長后線圈內的渦電流產生的高熱使線圈因過熱而損壞。如圖1所示， 當2號輪內襯紙剔除裝置、第14步商標紙剔除裝置、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， 使各剔除連桿往復運動完成剔除動作。

3 改進方法

3.1 電路設計

（1）設計思路：考慮到電磁鐵得電工作時，電磁鐵線圈產生的渦流會導致線圈發熱，超過一定時間后會引起電磁鐵線圈燒壞。為此，設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，當其信號持續時間大于120秒（時間可調整）后，將其相應的控制信號回路作暫時斷開處理，在設備運動（或啟動，或點動、或手動盤車）時，用一個自動復位信號將其控制信號回路接通（包裝機組的Micro II電氣控制系統設計時，始終優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，從而達到解決問題的目的。

（2）設計依據：根據GDX2（ZB45）包裝機組電控系統的工作原理，在設備運行（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位信號，用PLC工業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，這樣便能實現電磁鐵控制電路恢復原有的功能。

3.2 程序設計及元器件選擇

（1）控制流程圖

（2）設計程序：該PLC控制器指令系統完全支持西門子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：根據控制數量及現有的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）包裝機組進行現場測試，并進行1周的連續運行觀察，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備的正常穩定運行產生任何影響，達到改進設計的目的。

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

5 結束語

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

參考文獻：

[1]張彬.GDX2鋁箔紙剔除機構氣動驅動裝置的設計應用[J].機械工程師，2010.

[2]喻樹洪，蔣盈豐，等.ZB45包裝機組鋁箔紙剔除電磁鐵的改進[J].煙草科技，2009（11）.

[3]張奕，高定新，等，ZB45包裝機鋁箔紙氣缸剔除機構的改進[J].機械制造與自動化，2016（03）.

[4]岑天揚.GDX2包裝機組鋁箔紙剔除電磁鐵的改進[J].電工技術，2012（06）.

[5]龐志敏，李衛華，等.一種鋁紙剔除機構驅動裝置[P].中國專利：CN202264922U.