GDX500包裝機商標卷盤用盡自動換卷拼接技術應用

唐翰犀 李占榮 李樹恩

摘 要：商標單箱消耗指標是卷煙工廠對標中的重點控制指標，也是車間KPI指標中難以完成的指標之一。目前紅塔集團玉溪卷煙廠裝備的GDX500包裝機采用功能單一的商標卷盤翻轉、商標卷盤耗盡抬桿式直徑檢測裝置完成商標卷盤自動換卷，檢測方式屬于模糊控制型，未能精確檢測商標剩余量，致使商標自動換卷拼接消耗居高不下。本文設計了一種新型GDX500包裝機商標卷盤自動換卷拼接裝置，并基于原機的G.D-PLC/MP2 控制系統(tǒng)采用GDL語言編制控制程序，優(yōu)化控制系統(tǒng)，實現了對商標剩余量的精確檢測。

關鍵詞：商標單箱消耗；自動換卷拼接裝置；GDL語言；精確檢測

中圖分類號：TS896 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0067-02

商標單箱消耗指標是玉溪卷煙廠對標中的重點控制指標，也是車間KPI指標中難以完成的指標之一，工廠考核車間的指標定額是2500.02張每箱，目前車間總體商標消耗控制在了2506張，距工廠考核值還有相當的距離。車間重點分析了商標消耗的浪費因素，主要是商標拼接剩余量的浪費，GDX500包裝機每次完成商標自動換卷拼接平均消耗的商標紙為75張，是最直接的浪費，同時通過技術改造降低的可行性亦是最高。

1 現有商標紙拼接裝置的缺陷

目前GDX500包裝機采用功能單一的商標卷盤翻轉、商標卷盤耗盡抬桿式直徑檢測裝置完成商標卷盤自動換卷。具體方式是商標卷盤耗盡測算依靠抬杠臂帶動一個支架靠近接近開關2S340進行檢測，當支架完全遮擋接近開關2S340，系統(tǒng)就認為商標卷盤耗盡。該檢測方式屬于模糊控制型，在實際工作過程中，因商標生產批次、廠家的變更，商標卷盤卷芯直徑在所難免會有差異，加之商標卷盤卷芯變形的情況時有發(fā)生，現有的檢測方式無法甄別出上述異常情況，致使商標自動換卷拼接消耗居高不下；同時商標卷盤轉架上抬杠臂與支架相連的聯動裝置因長期磨損導致支架動作不精確，也會影響系統(tǒng)商標卷盤耗盡的檢測；再者，現有系統(tǒng)商標拼接控制參數為常量不具備可調性，致使商標自動換卷拼接故障率高。

2 新型GDX500包裝機商標卷盤自動換卷拼接裝置的研制

要徹底消除上述因素對商標卷盤耗盡自動換卷拼接的影響，原機檢測方式是不可能實現的，必須尋求其它的檢測方法。經過研討分析，決定用脈沖盤和脈沖傳感器替代原機的支架和接近開關，通過脈沖傳感器感應傳動脈沖，并根據脈沖解算商標卷盤實時卷盤直徑，將原機的模糊控制優(yōu)化為精確的數字控制。

2.1 設計原理

所采用的脈沖盤和脈沖傳感器構成邏輯編碼齒盤裝置（如圖1所示），實現對商標紙剩余量精確檢測的關鍵是換算采樣邏輯編碼齒盤計量齒的頻率商標卷盤直徑的對應關系。

根據以上推導公式，卷盤轉架上卷盤的直徑與卷盤轉架邏輯編碼齒盤計量齒的采樣頻率一一對應，互成反比。因此當商標紙脫離卷芯時，商標紙的直徑達到最小值，脈沖傳感器采樣頻率達到最大值，此時將執(zhí)行拼接程序，從而實現了對商標卷盤耗盡的精確檢測，將商標自動換卷拼接消耗降至最低。

2.2 拼接裝置實物

如圖2所示，如上所述的精確GDX500包裝機商標卷盤自動換卷拼接裝置核心部件為邏輯編碼齒盤（4）、計量齒（4-1）和檢測器（5）。檢測器（5）為電感式接近開關，邏輯編碼齒盤（4）上設有6個計量齒（4-1），邏輯編碼齒盤（4）隨剎車輪（2）轉動過程中，計量齒（4-1）接近檢測器（5）的頻率隨商標直徑的變化而變化，從而將卷盤直徑信息轉換為頻率信號傳送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據所接收到的頻率信號控制商標卷盤自動換卷。

3 控制程序的編寫、優(yōu)化

卷盤直徑換算在卷包設備上的應用極為廣泛，基于其應用環(huán)境及卷包設備控制系統(tǒng)的不同，各類設備采用迥然不同的計量換算方法。GDX500包裝機電氣控制系統(tǒng)是基于INTEL 80386（32位）微機的G.D-PLC/MP2系統(tǒng)，對數據采集、數據處理相對容易的多，控制程序通過GDL語言編程，閱讀或修改均極為便利。GDX500包裝機應用計量卷盤轉架邏輯編碼齒盤頻率來換算商標卷盤直徑，控制卷盤支架的自動翻轉及卷盤自動拼接換卷，理論上切實可行。

為了有效避免因設備生產速度變化而造成卷盤實時直徑換算的誤差，應用固定機器編碼器轉數來采樣計量卷盤轉架邏輯編碼齒盤頻率，固定機器編碼器轉數設置依據為采樣計量間距不超過商標卷紙耗盡時的卷盤周長，以此保證每層商標紙預松卷過程至少有一次直徑采樣計量。根據新增硬件設施編寫相應的GDL程序完成控制功能。控制程序框圖如圖3所示。

當在用商標卷盤直徑達到預置加速緩沖直徑時，機器速度降至設定值，同時供紙輥電機加速使緩沖增加到緩沖的90%，機器保持當前速度運行直至商標卷盤用盡，即商標紙脫離卷芯，此時執(zhí)行拼接程序。自動換卷拼接啟動時設備速度降至預定速度，供紙輥電機以預置速度進行商標標記尋址，當標記檢測器尋址到標記后，商標卷盤耗盡自動換卷拼接啟動，拼接完成后設備速度恢復到生產速度。

4 結論及成果

4.1 硬性收益

通過對原機商標自動換卷拼接系統(tǒng)的改造，達成了預定目標：解決原機抬桿式檢測商標耗盡容易受商標紙卷盤卷芯直徑差異而過多消耗商標的問題，使商標耗盡卷盤不留殘余量。同時，提高商標卷紙拼接系統(tǒng)控制精度。商標拼接消耗由75張下降到10張以下，設備停機次數≤0.39次/卷（如圖4所示）。

4.2 軟性收益

到目前為止，GD公司在GDX500及GDX6S等經典包裝機中商標及內襯等輔料自動換卷拼接系統(tǒng)中都應用傳統(tǒng)的機械抬杠式卷紙耗盡測算方法。本文針對GDX500包裝機原機設計了全新的商標卷盤耗盡自動換卷拼接系統(tǒng)，應用固定機器編碼器轉數卷盤松卷定長采樣頻率計量換算卷盤直徑的方法，根本上解決了原機抬桿式檢測商標耗盡容易受商標紙卷盤卷芯直徑制作差異而過多消耗商標的問題。該項目通過自主設計商標卷盤直徑定位算法，自行編制GDL源程序，實現GDX500包裝機商標卷盤用盡自動換卷拼接。

隨著該技術成果在紅塔集團玉溪卷煙廠的成熟應用，其影響力不僅局限于GDX500包裝機降低商標拼接消耗方面的貢獻，將對遍及世界GD系列包裝機在降低商標紙拼接消耗研究中發(fā)揮積極的作用，為煙草企業(yè)自主研究G.D-PLC/MP2控制系統(tǒng)設備提供示范作用。提出的卷盤直徑計量換算理論及編程設計可推廣應用到采用G.D-PLC/MP2控制系統(tǒng)的設備卷盤直徑計量換算應用中，同時，對廣泛的卷盤直徑計量換算領域的研究及應用提供了思路。

參考文獻

[1] 機械設計手冊編委會[編著].機械設計手冊[M].機械工業(yè)出版社，2004.

[2] 張凌，馬江，王愛國.GDX500包裝機煙條輸送裝置的改進[J].科技經濟導刊，2016（35）：75.

[3] 秦忠.圓形帶傳動的設計計算[J].上海機床，1994（03）：32-34.

[4] 林金表，張克銳，鄭子武.自動換卷機構的方案選擇與設計[J].制造業(yè)自動化，2019，41（02）：125-127.