PROTOS 70 卷煙機卷煙紙剩余量節紙控制系統

張樹偉 李培培 河南中煙工業有限責任公司安陽卷煙廠

一、背景分析

PROTOS 卷接機組是目前國內推廣使用的主要煙支生產線。PROTOS 卷煙機盤紙消耗浪費很大，第一，盤紙在拼接加速過程中備用新盤紙被引出平均6 米盤紙；第二，盤紙拼接后盤紙圈剩余量平均16 米。因此盤紙每次轉換拼接浪費盤紙材料至少22 米，有些車況不好的卷煙機甚至于達到30-40米，造成生產成本增加。節能降耗是企業的生存之本，因此可以深化技術革新采用新技術新方案從技術角度來實現節能效益的最大化。

二、原理分析

第一，PROTOS 的盤紙電機采用的是直流電機，控制盤紙加速的控制器采用電位器調節來控制盤紙電機的加速曲線，控制方式比較落后，造成盤紙引紙量浪費大。

第二，PROTOS 卷煙機盤紙剩余量較多由以下原因造成：

1. PROTOS 原機原機檢測剩余盤紙直徑的方法是脈沖參照，即ERP 脈沖對比SWCP（盤紙圈脈沖），一個RCP 脈沖相當于25mm長的盤紙長度，以RCP 對比來判斷剩余盤紙的直徑，由于脈沖精度太低造成判斷誤差較大，已經不能滿足當下要求。

2.PROTOS 卷煙機生產中，張力桿的收放調節產生一個紙張速度正負偏移量，這個偏移量將造成ERP 與SWCP 比較觸發器提前或滯后觸發，這也是確定拼接直徑的一個主要干擾。

3.卷煙機在不同生產速度時收到盤紙拼接信號會由當前車速降至機器設定的拼接速度，這樣一來不同的運行速度其降速時間和放卷速度也不同。

三、技術方案

通過研究我們開發了PROTOS 70 卷煙紙剩余量節紙控制系統。系統主要組成包括交流伺服裝置（引紙電機）、人機界面HMI、PLC、轉換模塊和測速旋轉編碼器（參考原理框圖）。第一，交流伺服控制器可以精準控制加速電機的運行曲線，將盤紙加速特性調整在最佳狀態，可以節省新盤紙的加速引紙消耗。第二，剩余盤紙的控制是利用PLC開發出特殊算法功能，讀取高速脈沖、建立抗干擾的速度校正算法及I/O 邏輯處理。其特點是檢測精度高、能補償張力桿抖動產生的速度偏移、能補償降速過程產生的時間與速度影響。本系統能準確檢測剩余盤紙直徑及控制盤紙剩余量。（見圖1）

圖1 原理框圖

根據卷煙機盤紙傳動的結構，利用同步輪和同步帶傳動將旋轉編碼器安裝在引紙輥的傳動系統中（如圖以下各部件名稱均以字母表示）。

圖2 盤紙傳動結構示意圖

如圖可知E 的線速度等于A 的線速度（忽略張力桿擾動量），E 輥直徑是定值，A輥是變量隨機器運行直徑逐漸減小，因此可以用E 輥做參照計算出A 輥直徑。我們利用旋轉編碼器的高分辨率特性將E 輥周長細分，編碼器測算的脈沖被PLC 高速計數器4 倍分頻，同時將盤紙圈脈沖作為計數脈沖，即A 輥一周作為檢測基準，A 輥每圈復位。這樣我們設?a 為A 輪的直徑，A 輪一周產生的編碼器脈沖為?Fp，張力桿在A輥和E 輥中間起到速度平衡調節作用，由于張力桿的調節擺動影響，以?a 為基準檢測到的?Fp 脈沖數值有誤差。為了消除張力桿擺動產生的正負干擾量，將盤紙架脈沖實時取樣計數，利用特殊算法計數盤紙圈的實時直徑。盤紙的線速度檢測精度以我們在改造試驗中確定的數據為例，編碼器分辨率1024，F、E 的速度比是1，E 輥直徑63.662，可得：

即E 輥每引出1mm 盤紙編碼器就輸出5.12 個脈沖，由此一個脈沖約等于0.195mm紙長度，代入4 倍分頻約等于0.0488mm。?a=?Fp*0.0488，換算成單層紙的厚度即檢測精度=mm，盤紙單層厚度一般為0.038mm 左右，完全滿足檢測需求。盤紙圈輥直徑越大產生的脈沖數也越多，由此我們通過HMI 可以自由設置盤紙拼接直徑。

四、結論

使用此項研究改造后盤紙引紙量和剩余量節約效果明顯，通過實際測量盤紙引紙量平均4 米，剩余量平均控制在5 米以內，一致性和重復性較好達到了預期效果。