吸阻平衡控制器在濾嘴棒成型機的應用

陳 磊，朱振宏，高逸蕓

（紅塔煙草(集團)有限責任公司玉溪卷煙廠，云南玉溪 653100）

0 引言

濾嘴棒吸阻是衡量煙支質量水平的重要質量參數之一，是影響卷煙過濾效率的關鍵因素，也是濾嘴棒檢驗中的重要指標。濾嘴棒生產過程中由于絲束開松時絲束面隨著其消耗變低，絲束面和導絲臂之間的距離加長，絲束張力和擺動幅度過大，濾嘴棒吸阻經常發生較大波動，因此增加濾嘴棒吸阻穩定性是濾嘴棒生產過程中需要攻克的難點之一。楊曉光[1]等設計了一種液壓式醋酸纖維吸阻平衡裝置，但使用中可能出現液壓系統泄漏及揮發而污染現場環境。王向東[2]設計了一種新型絲束定高平衡機系統，該系統具有較高實用性，但機體過于龐大。因此，本文介紹了一種使用伺服控制和絲桿傳動方式實現剪刀叉平臺升降的吸阻平衡控制器，用以保持絲束包表面與導絲臂距離恒定。根據鄧莉[3]等對剪刀叉升降平臺的受力分析結果來看，剪刀叉臂足強度足以承受絲束包重量。

1 吸阻平衡控制器硬件組成

1.1 電控系統關鍵部件及功能

（1）吸阻平衡控制器采用西門子S7-300 系列315-2 DP 作為主控制器，負責數據的采集和運算，并根據運算結果控制運動部件按設定要求動作，檢測元件、執行元件和上位機控制系統通過Profibus-DP 總線進行通信。

（2）上位機選用西門子MP277 觸摸屏作為操作終端，利用Wincc flexible 工程軟件編寫人機窗口并通過接口連接到ProfiBus 總線上與主控制器通信，用于查詢所管轄的工藝流程段中設備的狀況，并可對控制設備進行故障診斷、故障報警和信息參數維護，同時，提供手動—自動控制運行模式選擇，便于系統的調試和維護，可以完成管轄范圍內控制設備的上料、下料、前進、后退、上升、下降、停止、報警、復位、消除報警、手動歸零等功能。

（3）稱重模塊選用Eilersen SD 系列稱重傳感器與MCE2035變送器組合對絲束包重量進行實時檢測，并將數據通過總線接入通信網絡。

（4）張力檢測器選用Montalvo 公司ES 系列檢測器，對進入導絲臂的絲束條抽拉張力實時進行檢測并接入控制系統形成反饋控制。

（5）伺服系統選用松下A5 系列驅動器對升降電機行程進行精準控制，電機選用松下MSME 系列和MDME 系列分別對平臺輸送和升降進行控制。

1.2 放料平臺

放料平臺分為輸送區和工作區：輸送區由雙鏈輥筒、方形框架、支撐腳、電機和減速器等關鍵部件構成，工作區由無動力雙鏈輥筒、方形框架、支撐底板、剪刀叉、絲桿、滑道、電機和減速器等關鍵部件構成；輸送區用于存放備用絲束包，當絲包消耗完后，輸送區可以將備用絲束包輸送至工作區；工作區用于絲束包稱重和吸阻平衡（圖1～圖2）。

圖1 輸送區結構

圖2 工作區結構

2 吸阻平衡控制器工作過程

2.1 送料過程

叉車先將絲束包送至輸送區，輸送線自動檢測工作區是否有剩余絲束包，若工作區空出，則備用絲束包直接輸送至工作區，若工作區處有未用完絲束包，則輸送區備用絲束包進入等待狀態。當工作區絲束包剩余量達到設定值時，系統將發出聲光報警對操作人員進行提醒，當工作區絲束包用完后，工作區升降平臺快速的下降至低位，待絲束包底殼移開后，輸送區的備用絲束包自動輸送至工作區，達到快速更換絲束，提高生產效率的目的，在工作區域前端設有檢測開關，用于檢測絲束包是否輸送至正確位置。

2.2 吸阻平衡控制過程

當備用絲束包輸送到位后，4 組稱重傳感器先對新絲束包進行稱重，取平均值得新絲束包重量m，開始生產后，若設定絲包離地高度為h，則可以計算絲束包每減少單位重量，升降平臺需要上升h/m。稱重傳感器實時對不斷消耗的絲束進行稱重，并將數據傳送至PLC 計算絲束包當前重量與原始重量之差，根據差量控制伺服電機運行設定行程，將升降平臺提升到設定高度，使絲束包表面與導絲臂始終保持恒定距離。同時，設置在導絲臂處的張力傳感器對絲束所受張力實時的進行檢測，當檢測張力持續高于或低于設定范圍一定時間后，PLC 則根據結果操作平臺升和降至張力在設定范圍內為止。

平臺運動時，伺服電機運轉經過減速控制絲桿轉動，絲桿上傳動機構帶動滑道內滾輪做平移運動，同時帶動剪刀叉向上閉合或張開以此來控制平臺升降，滑道寬度決定平臺縱向升降極限行程。

圖3 升降平臺上升示意

3 吸阻平衡控制器優點

（1）采用伺服電機來控制升降平臺運動，傳動精度、定位精度高，工作穩定。

（2）通過絲桿傳動來實現平臺升降，避免了液壓系統的有泄漏及揮發給環境帶來的污染，其工作可靠，安裝維護方便。

（3）通過采用稱重傳感器和張力傳感器的檢測數據共同對絲束提升高度進行控制，精確地保證了絲束抽拉張力的穩定，確保了濾嘴棒產品的吸阻穩定性。

（4）系統使絲束包在生產過程中可以實現新絲束包向工作位自動運送，可以提高生產效率；采用西門子面板式PC 作為上位監控可以顯示系統運行畫面及實時參數，并可查詢機臺絲束包實時重量、機臺絲束包凈重、分班次絲束用量等數據。

（5）選用基于電容測量技術的Eilersen SD 系列稱重傳感器，它可將受力情況直接轉換為RS-485 數字信號，即插即用無需現場進行重量標定，且出廠已經過信號補償處理，可以消除模擬電子單元帶來的信號漂移和測量誤差問題。

（6）選用ES 系列張力檢測器，其檢測靈敏度高、輸出信號強、線性度好、滯后性低，獨特的鏈接設計可以彌補因軸膨脹、偏心和彎曲引起的測量誤差。

4 結語

吸阻平衡控制器主要有絲束條抽拉張力平衡、電子計量兩種，主要功能和備用絲束輸送作為輔助功能，其電控技術已較為成熟，能夠滿足濾嘴棒生產時對絲束包抽拉面與導絲臂距離恒定的要求。在此基礎上又引入絲束條抽拉張力檢測及控制功能，能夠較好地降低絲束張力波動范圍，從而間接控制濾嘴棒吸阻的穩定性。同時，該控制系統結構簡單、體積小、噪聲小、檢測及控制精度高、機體強度大、壽命長，對于濾嘴棒的生產應用有較高的實用價值。