YB25 商標紙膠缸膠量控制

李 乾， 陳忠祥， 彭天富， 呂獻周， 楊貴云， 趙海澤

（紅云紅河（煙草）集團會澤卷煙廠， 云南 曲靖 655000）

0 引言

GDX1 包裝機機組作為軟包中速包裝設備的典型代表，由YB25 小盒包裝機、YB55 小盒透明紙包裝機、YB65條盒包裝機、YB95 條盒透明紙包裝機組成。YB25 型軟盒包裝機商標紙涂膠裝置由膠水缸、上膠輪、打膠輪、攪拌電機等組成，商標紙由扇形吸紙輪從商標紙庫中吸下后，在向下輸送過程中， 打膠輪在旋轉過程中在商標紙規定位置上涂上幾條膠線[1]。商標紙膠缸的膠液液面是由一個電容接近開關（KAS-80-35-A-M32）控制，當其檢測到膠缸內膠面低就會發出信號給控制電路， 然后控制電路發出控制信號，使供膠電磁閥打開，自動供膠。 當接近開關檢測到膠液液面到達某個高度時候， 又發出信號給控制電路，控制電路使供膠電磁閥關閉，從而達到膠量自動控制的目的[2]。

1 設備存在問題

因為電容接近開關探頭距離膠缸內膠面約7mm，當包裝機待機或者處于維修狀態， 上膠輪會在10 秒（OPC系統設置1s～10s） 停機延時后由單向交流電機驅動進行旋轉， 由于待機時候上膠輪逆時針轉速明顯低于高速運行生產的轉速， 打膠輪在旋轉過程中將左側的膠液旋轉壓入右側， 在刮膠板作用下保持打膠輥表面膠液的均勻厚度， 因此待機時候打膠輪右側膠液高度低于高速運行的膠液高度。 電容傳感器會觸發供膠程序，包裝機由待機轉為高度運行時候， 電容接近開關探頭距離膠缸內膠面約4mm，距離比較近，此時接近開關檢測面上會沾上膠，形成膠垢附著檢測面上，造成檢測靈敏度下降，實際觸發供膠程序的液面低于設定的膠位或者檢測下面的膠液因為與空氣接觸氧化產生“膠皮”，與其下面的真實膠位已經與膠面產生“中空”，電容接近開關誤認為膠量在允許的范圍內，不會再給控制電路發出的信號，控制電路也不會控制電磁閥進行供膠，這樣會造成長時間不供膠，不能及時給膠缸補充膠液， 達到膠缸的膠液面須高于上膠輪圓周外表面最低點要求， 膠缸內液位低而操作人員不能及時手動加膠，就會產生商標紙涂膠位置膠液量少，商標紙折疊固型不良，出現煙包底部散開、煙包側面粘貼處翹起、鋁箔紙與商標分開等缺陷煙包。商標紙粘貼嚴重不良的，會卡在小包成像檢測內部的限位通道內，引發煙包依次排列，觸發五輪出口堵塞桿停機程序，此時干燥輸送通道內的默認55 包煙因為旋轉分離盤卡堵，導致通道內的煙包大于55 包，發生“多包”現象，煙包底部出現擠壓變形， 從限位通道卡堵點到五輪出口的煙包因受到剛性沖擊，煙包內的煙支發生嚴重皺褶，需要逐一取出并進行廢煙支煙絲回收操作。 一旦小包外觀成像檢測漏檢， 流入YB55 小盒透明紙包裝機工序，在經過翻包機構、提升機構后，會產生煙包底部露白、商標紙側面翻卷露白、YB55提升器卡堵等現象， 卡堵需要操作人員進行變形煙包清理并恢復推包機構運動位置， 產生缺陷的煙包需要操作人員進行質量追溯，增加產品質量風險與機組物耗。

因此需要操作人員時刻關注膠缸膠位情況， 進行及時人工供膠。如果操作人員將電容接近開關提起，不能根據液面變化情況及時將其放回原位或者將傳感器傾斜放在固定套上忙于處理其他包裝流程， 控制器會默認為膠液面低，一直進行供膠，導致膠液溢出膠缸，流入到下方的三號模盒上、包裝機底板上，需要操作人員花費20min左右時間進行清洗。而膠液過高，打膠輪兩端的凹陷面與刮膠板容易生產膠垢， 膠液在離心力作用下被甩到商標紙輸送通道內，打膠輪從上膠輪表面攜帶的膠液量增大，商標紙上膠區膠液量變多， 商標紙與由鋁箔紙包裹的煙支組進入三號輪、四號輪折疊成型過程中，膠液溢出商標紙折疊重合部位，在三號輪弧形折疊板、四號輪煙包底部折疊底板附著膠垢，突出的膠垢會刮蹭旋轉折疊的煙包，在煙包側面或者底部形成一道白色刮痕， 與紅色的商標紙形成鮮明的對比，同時也造成煙包表面存在膠漬現象，該缺陷煙包屬于一般質量事故，需要進行質量追溯。

總之，商標紙膠液量控制不好，需要人工篩選將局部未涂膠的煙包進行人工涂膠， 并對缺陷煙包進行煙支回收，造成包裝原輔材料浪費，增加設備停機頻次與操作工的勞動強度，對產品質量與設備效率產生影響，因此如何對膠缸的膠液進行精準控制，降低膠皮對檢測系統的“瞞報”至關重要。

2 膠缸膠液控制裝置設計

2.1 文獻綜述

鄧梅東提出對上膠機構的膠輥、膠輥軸進行改進，改變其安裝定位方式， 保證膠輥與膠輥軸位置位置相對精確，不產生偏心影響商標紙膠點的位置[2]。 該改進結構主要是針對商標紙裹包質量穩定性， 不設計對膠液量高度控制問題；劉兵勝提出利用煙包計數傳感器、下膠電磁閥控制信號、膠缸防護罩開關信息、膠缸到位檢測輸出信號綜合判斷在一定數量的煙包消耗膠液后， 供膠電磁閥是否進行供膠，避免電磁閥失靈的情況出現[3]，該改進后的控制方式可以借鑒，降低膠皮對檢測準確性的影響。張小明等人提出在ZB45 膠缸結構，膠盤檢測孔部位加裝圓形不銹鋼直管[4]，該檢測方式主要是針對檢測器下面的膠液上表面的膠液泡沫對檢測器的誤檢，在目前YB25 小盒包裝機結構中，膠液泡沫對檢測精準度比較小。桑偉誠通過對ZB47 商標紙膠水缸供膠方式控制與調試分析[5]，可以借鑒超聲波傳感器相對于電容傳感器靈敏性優勢， 動態識別膠位高低。賀秋紅針對FOCKE350S 包裝機膠位檢測的探針檢測器缺點：誤檢測、易損壞、更換不方便、不易維修，更改為電容傳感器[6]，但膠液液面控制精度將下降，同時因為YB25 商標紙膠缸非封閉式， 膠水表面易氧化接皮，將對四個探針控制方式產生嚴重影響。

2.2 方案設計

2.2.1 傳感器選擇

目前在排除探針檢測器、電容傳感器后，可以選擇檢測方式為激光位移開關和超聲波檢測傳感器， 如果選擇聚光型激光位移開關，垂直安裝在膠水缸右側上方，產生2mm 的光斑。通過兩個檢測器位置配合，分別對應著膠缸內膠水的低限與高限位置，可以動態調節檢測范圍，對膠缸內的膠液極限位置進行識別， 這種控制方式能檢測出膠液高度是否在正常范圍內波動，但是成本較高，無法實現膠液液面位置數據多點檢測。如果選擇超聲波傳感器，將根據液面高低與電流值建立關系， 將動態檢測膠缸內的膠液變化情況，保持膠液液面在一個理想的范圍內，保證上膠輪表面的膠液厚度變化偏差不大。 因此采用超聲波傳感器進行液面高度檢測。

2.2.2 改進措施

利用一個超聲波傳感器（UB200-12GM-I-V1），超聲波傳感器輸出為4～20mA 的模擬量電流[7]，對應探頭安裝在之前電容接近開關處， 同樣利用螺旋副結構調節探頭距離膠缸底部的距離，將探頭的輸出設為下降型，即探頭距離與檢測面越遠則輸出電流越小。 檢測探頭距離膠缸底部為70mm，避免探頭被膠液污染，膠缸深度為36mm，膠缸低限膠位10mm，正常膠位20mm，為防止膠液溢出膠缸，當膠液達到30mm 為高極限膠位，設備必須停機，電磁閥不動作。4～20mA 模擬電流信號送入西門子模擬輸入模塊，對應著4mA=0，20mA=26748，膠位量化值p=h（高度）×27648/H（檢測距離），其中h（高度）為膠缸內膠液液面相對于膠缸底部的距離，H（檢測距離）為超聲波檢測探頭距離膠缸底部的距離， 對應PLC 模擬量采集的數據為0（探頭到膠缸底部），低液面為3950，正常液面為7900，高極限膠面為11850。

當商標紙膠缸未推到位， 供膠程序不再對液面膠位進行采集，供膠電磁閥無動作，避免膠缸在安裝過程中，操作人員未提升膠缸引發的檢測失靈。

當商標紙膠缸到位，（1）如果膠位低于10mm，控制器調用供膠程序，在供膠電磁閥動作20s 內，液面達到20mm，電磁閥斷電，停止供膠。否則執行中斷程序：西門子PLC300對膠缸內的液面數據進行10 次循環采集，每次0.1s，對其狀態計數，如果符合停機條件（液面低于10mm 或者高于30mm），對狀態計數加1，計數超過7 次時，表明膠位低于20mm，有可能是供膠嘴堵塞或者膠桶內膠液處于低極限位置，單位時間內流入膠缸的膠水比較小，串接膠缸不到位機停機程序2S223，提示操作人員進行處理，避免膠液液面低造成的商標折疊固型不良。

（2）膠液液面在10～20m 內，控制器不會調用供膠程序， 此時在五輪出口盤煙包輸出軌道側面安裝基恩士光纖傳感器FU-67，對干燥輸送通道的煙包經過五輪旋轉分離成單一的煙包進行計數，計數器從0 包逐步累加到2000包，調用供膠程序，累加期間如果有電磁閥供膠動作，控制器從新執行（1）步驟，避免氧化接皮的膠液對超聲波傳感器的誤報。

（3）如果膠液膠位在20～30mm 范圍內，控制器重新執行（1）步驟，通過包裝機高速運行逐漸消耗膠液到10mm高度后或者當液面在10～20mmm 內煙包計數2000 包后，調用供膠程序。

（4）如果膠液膠位在大于30mm 范圍內，控制器執行中斷程序，10 次循環采集的數據確認7 次超過液面超過30mm，串接膠缸不到位機停機程序2S223，提升操作人員進行關注供膠情況，避免膠液溢出，此時需要操作人員將膠缸內的膠液倒出多余的一部分， 讓液面高度低于30mmm，控制器重新執行（1）步驟，否則即使按復位按鈕，供膠程序進行新的循環檢測， 包裝機也會調用膠缸不到位機停機程序2S223，設備無法進行運行。

當由于中斷程序觸發的商標紙膠缸不到位2S223 停機程序，需要操作人員對膠缸的膠面進行關注，當連續兩次因為膠缸液面低觸發停機，此時可能是包裝機背后的膠桶內部膠液液面過低或者膠桶底部銅管下膠口附著凝固的膠團將其堵塞住，或者下膠電磁閥噴膠嘴出因為膠液凝固堵塞出膠口，膠液流動不流暢。 當因為膠缸液面高（超過30mm）觸發包裝機停機，操作人員將膠缸內多余膠液倒出維持在30mm 以下時候， 此時可能是由于超聲波傳感器位置被調動過，探頭與膠缸底部的距離發生改變，實際檢測液面與設定液面出現偏差， 需要操作人員確定超聲波傳感器位置，或者更改供膠程序對應PLC 模擬量采集的數據。

圖1 模擬量采集對應的數據值示意圖

圖2 邏輯判斷圖

3 效果驗證

通過安裝調試， 原包裝因為膠水檢測引發的故障頻次每班從109 次/月降為11 次/月， 造成煙包損耗從每班810 包/月降為27 包/月， 造成因為膠液溢出清理頻次從每班4 次/月降為0 次/月，因此車間4 臺GDX1 機組每年可減少2 班×4 臺×12 月×（810-27） 包=75168 包煙損失，減少膠液溢出清理時間為2 班×4 臺×12 月×20 分鐘=1920分鐘，設備停機頻次可以減少2 班×4 臺×12 月×（109-11）=9408 次，同時可以避免操作人員將手伸入機器內部，手動加膠的違規操作帶來的安全風險， 減輕操作人員的工作壓力。

4 結束語

根據設備實際運行情況， 從制約包裝機效率與產品質量的工藝進行選題，充分利用車間班組創新資源，保證軟包機組的商標紙膠缸內膠液處于正常范圍內， 降低機組的廢煙量，同時避免煙包底部折疊不良，露白，煙包商標紙側面翻卷露白、 小包外觀成像檢測入口堵塞引發的五輪出口卡堵等故障，以及膠液溢出帶來的清理麻煩。