一種帶計(jì)量裝置的煙草喂絲機(jī)

簡(jiǎn)著名，胥國(guó)芳，陳 亮，程 敏，余佑輝，林 強(qiáng)

（湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖北武漢 430040）

0 引言

喂絲機(jī)是煙草行業(yè)卷煙制絲線上的一種重要主機(jī)設(shè)備。在制絲生產(chǎn)線，經(jīng)多項(xiàng)工序加工的成品煙絲一部分進(jìn)入儲(chǔ)絲柜中儲(chǔ)存，另一部分裝入箱子進(jìn)入煙絲高架庫(kù)中儲(chǔ)存，根據(jù)卷包車間的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行供絲。喂絲機(jī)是制絲車間的末端設(shè)備，成品煙絲通過(guò)輸送機(jī)落入喂絲機(jī)進(jìn)料口的喂料倉(cāng)，煙絲隨底帶運(yùn)行至出料口，經(jīng)負(fù)壓風(fēng)送裝置風(fēng)送至卷包機(jī)。由于煙草喂絲機(jī)對(duì)煙絲的流量無(wú)法測(cè)量，目前只能參考儲(chǔ)絲柜的柜存信息判斷經(jīng)喂絲機(jī)風(fēng)送煙絲的大概重量，儲(chǔ)絲柜與喂絲機(jī)之間的煙絲損耗也無(wú)法計(jì)算。本文介紹一種煙草喂絲機(jī)的計(jì)量裝置，利用脈沖計(jì)數(shù)旋轉(zhuǎn)編碼器，在喂絲機(jī)有煙絲流量并且底帶開(kāi)始送料時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過(guò)多次煙絲數(shù)據(jù)的測(cè)試和完善PLC 的程序，可剔除干擾數(shù)據(jù)，精確計(jì)算出通過(guò)喂絲機(jī)的煙絲重量。

1 喂絲機(jī)的使用

目前，煙草行業(yè)制絲線使用的喂絲機(jī)主要有旋轉(zhuǎn)擺頭式、篩分振盤式和新型柔性喂絲機(jī)等。旋轉(zhuǎn)擺頭式主要存在的問(wèn)題有：設(shè)備運(yùn)行時(shí)松絲輥對(duì)煙絲的造碎比較大；擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和松絲機(jī)構(gòu)均單獨(dú)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加耗能；松絲輥撥料時(shí)與下料腔體容易積料，造成堵塞；篩分振盤在生產(chǎn)過(guò)程中由于不停的振動(dòng)，會(huì)造成煙絲分層，卷包出來(lái)的煙支內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，而且多個(gè)機(jī)臺(tái)同時(shí)生產(chǎn)時(shí)，振盤對(duì)煙絲的分配不均勻，卷包機(jī)臺(tái)對(duì)煙絲的需求得不到滿足等。另外，送絲易堵料、維護(hù)不方便也是篩分振盤結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。

2018 年，武漢卷煙廠異地技改完成后，統(tǒng)一使用新型柔性喂絲機(jī)。與其他喂絲機(jī)相比，新型柔性喂絲機(jī)有以下4 個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)柔性送絲，降低煙絲造碎率。

（2）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、故障率低、維修維護(hù)方便。

（3）生產(chǎn)效率高，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)喂絲機(jī)達(dá)到6 管或8 管供絲的能力。一臺(tái)喂絲機(jī)分為左右兩個(gè)喂料倉(cāng)，煙絲經(jīng)皮帶輸送機(jī)進(jìn)入喂料倉(cāng)內(nèi)，在翻板的作用下可實(shí)現(xiàn)左右兩個(gè)喂料倉(cāng)單獨(dú)進(jìn)料。喂料倉(cāng)內(nèi)的煙絲始終處于滿料狀態(tài)，每個(gè)喂料倉(cāng)可供3～4 個(gè)風(fēng)管供絲。

（4）避免煙絲分層，提高柔性加工水平，保證成品煙絲的供絲質(zhì)量。該喂絲機(jī)供料根據(jù)卷煙機(jī)臺(tái)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)供絲，當(dāng)喂絲機(jī)內(nèi)的負(fù)壓開(kāi)關(guān)檢測(cè)到卷煙機(jī)臺(tái)的要料信號(hào)時(shí)，喂絲機(jī)的底帶和撥輥運(yùn)行供料，負(fù)壓檢測(cè)信號(hào)消失喂絲機(jī)立即停止供料，這樣就不會(huì)出現(xiàn)煙絲滯留現(xiàn)象，進(jìn)而提高煙絲供料的質(zhì)量。

2 使用中遇到的問(wèn)題

新型柔性喂絲機(jī)結(jié)構(gòu)合理，使用方便，可滿足喂絲的需求。但是現(xiàn)有的喂絲機(jī)均無(wú)計(jì)量裝置，無(wú)法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)煙絲的使用量。成品煙絲通過(guò)輸送機(jī)落入喂絲機(jī)進(jìn)料口的喂料倉(cāng)，煙絲隨底帶運(yùn)行至出料口，經(jīng)負(fù)壓風(fēng)送裝置風(fēng)送至卷包機(jī)。煙草喂絲機(jī)僅僅是一臺(tái)煙絲風(fēng)送設(shè)備，對(duì)煙絲的流量無(wú)法測(cè)量。目前，只能參考儲(chǔ)絲柜的柜存信息判斷經(jīng)喂絲機(jī)風(fēng)送煙絲的重量，而儲(chǔ)絲柜的柜存重量是由加香工序前電子秤稱重的重量傳輸過(guò)來(lái)，在加香生產(chǎn)工序中需要在加香筒內(nèi)加入香料，物料進(jìn)入加香筒前還會(huì)在振槽上將煙絲灰篩選出來(lái)，這些工序都會(huì)直接影響成品煙絲的總重量。

另外，從加香工序進(jìn)儲(chǔ)絲柜、儲(chǔ)絲柜到喂絲機(jī)這兩段路徑較長(zhǎng)，煙絲在皮帶輸送機(jī)上運(yùn)行時(shí)的損耗及堵料等不確定因素較多，此過(guò)程中的煙絲損耗也無(wú)法計(jì)算。因此，無(wú)法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)出經(jīng)過(guò)喂絲機(jī)風(fēng)送至卷包機(jī)的煙絲重量。

3 旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)量裝置的應(yīng)用

3.1 計(jì)量裝置選型

武漢卷煙廠使用的稱重計(jì)量裝置主要是皮帶電子秤，皮帶電子秤可動(dòng)態(tài)稱重，無(wú)需對(duì)質(zhì)量細(xì)分或中斷輸送帶的運(yùn)動(dòng)，也可以對(duì)散的煙草制品進(jìn)行連續(xù)稱重。經(jīng)過(guò)調(diào)試設(shè)定后的皮帶電子秤，精確度高，不僅可以準(zhǔn)確測(cè)量出通過(guò)皮帶電子秤的物料，而且還可以通過(guò)設(shè)置皮帶電子秤的流量來(lái)控制煙草制品的均勻供料，大幅提高成品煙絲的生產(chǎn)質(zhì)量。

但皮帶電子秤的體積較大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行易造成皮帶跑偏，需要專人定期維護(hù)。而新型柔性喂絲機(jī)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維修維護(hù)的設(shè)備，其周邊空間有限，不能滿足安裝體積大的稱重計(jì)量設(shè)備。另外，新型柔性喂絲機(jī)是將成品煙絲通過(guò)輸送機(jī)落入喂絲機(jī)進(jìn)料口的喂料倉(cāng)中暫存，等待卷接設(shè)備有要料信號(hào)時(shí)，煙絲隨底帶運(yùn)行至出料口，經(jīng)負(fù)壓風(fēng)送裝置風(fēng)送至卷包機(jī)，對(duì)煙絲流量的控制要求并不高，所以此位置適合選擇一種重量輕、體積小、穩(wěn)定性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高的煙絲計(jì)量裝置。

3.2 旋轉(zhuǎn)編碼器

旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機(jī)電技術(shù)于一體的速度、位移傳感器通常用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速、并可配合PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)速。可將輸出軸的角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖，然后以數(shù)字量輸出。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器軸帶動(dòng)光柵盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤狹縫切割成斷續(xù)光線，并被接收元件接收產(chǎn)生初始信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)后續(xù)電路處理后，輸出脈沖信號(hào)。

旋轉(zhuǎn)編碼器可分為有軸型和軸套型，可直接安裝在現(xiàn)有設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸上，使用方便，具有體積小、重量輕、品種多、功能全、力矩小、耗能低、穩(wěn)定性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

3.3 旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)量裝置的應(yīng)用

本喂絲機(jī)采用軸套型旋轉(zhuǎn)編碼器，將旋轉(zhuǎn)編碼器直接安裝固定在現(xiàn)有的傳動(dòng)軸上，由軸帶動(dòng)編碼器同步旋轉(zhuǎn)，可提高計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。由圖1 可看出，新型柔性喂絲機(jī)是一臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理的設(shè)備，應(yīng)用方便、設(shè)備故障率低。

圖1 煙草喂絲機(jī)整體結(jié)構(gòu)

在喂絲機(jī)運(yùn)行過(guò)程中能夠滿足旋轉(zhuǎn)編碼器的使用條件，喂絲機(jī)在運(yùn)行時(shí)，底帶傳動(dòng)軸是將喂料倉(cāng)中的煙絲送至出料口風(fēng)送至卷包機(jī)，將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在底帶傳動(dòng)軸上，則旋轉(zhuǎn)編碼器隨底帶傳動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)輸出的脈沖信號(hào)和煙絲流量就會(huì)產(chǎn)生聯(lián)系。

具體措施為：成品煙絲由皮帶輸送機(jī)送入喂絲機(jī)進(jìn)料口，落入喂料倉(cāng)；喂絲機(jī)啟動(dòng)后，喂料倉(cāng)底帶在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下開(kāi)始運(yùn)行，將煙絲送入喂絲機(jī)出料口，煙絲在負(fù)壓的作用下風(fēng)送至卷包機(jī)；旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在底帶傳動(dòng)軸上，軸套將旋轉(zhuǎn)編碼器鎖死在底帶傳動(dòng)軸上，旋轉(zhuǎn)編碼器的電源線和信號(hào)線接入接線盒中，從接線盒連線接入PLC 反饋點(diǎn)；旋轉(zhuǎn)編碼器的外殼通過(guò)Z 形固定支架固定在軸承座上，軸承安裝在底帶傳動(dòng)軸的軸承位，固定在軸承座里面。

喂料倉(cāng)底帶運(yùn)行將煙絲緩慢往前推送，當(dāng)光電感應(yīng)開(kāi)關(guān)感應(yīng)有煙絲通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生輸入信號(hào)傳至PLC，旋轉(zhuǎn)編碼器隨著底帶傳動(dòng)軸的運(yùn)行開(kāi)始產(chǎn)生脈沖信號(hào)，該信號(hào)直接輸入給PLC，PLC 的高速計(jì)數(shù)器對(duì)該脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)并保存至DB（數(shù)據(jù)）塊中。PLC 內(nèi)通過(guò)程序計(jì)算，將脈沖計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換為重量計(jì)數(shù)、得到煙絲重量。

3.4 數(shù)據(jù)的分析及應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在底帶傳動(dòng)軸上，由光電感應(yīng)開(kāi)關(guān)來(lái)判斷底帶是否有煙絲，底帶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則會(huì)有煙絲落入出料口，旋轉(zhuǎn)編碼器同時(shí)輸出脈沖信號(hào)給PLC（圖2）。通過(guò)投入準(zhǔn)確重量500 kg 的煙絲進(jìn)行3 次測(cè)試，算出脈沖與煙絲重量的比例值，即將500 kg 的煙絲從進(jìn)料口輸送至出料口，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)感應(yīng)到有煙絲流量進(jìn)行風(fēng)送時(shí)，編碼器隨著底帶傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)獲取脈沖計(jì)數(shù)輸出給PLC，根據(jù)這個(gè)脈沖計(jì)數(shù)和500 kg 的煙絲重量，來(lái)獲取煙絲重量和脈沖計(jì)數(shù)之間的線性關(guān)系，得到一個(gè)穩(wěn)定的中間值（表1）。

表1 測(cè)試得出煙絲重量與脈沖的關(guān)系

圖2 旋轉(zhuǎn)編碼器接線示意

3 次測(cè)試的數(shù)據(jù)接近，取平均值0.073 66 kg/脈沖，可得出旋轉(zhuǎn)編碼器每獲取一個(gè)脈沖值對(duì)應(yīng)的煙絲。將該中間值直接應(yīng)用于PLC，通過(guò)程序計(jì)算將脈沖計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換為重量計(jì)數(shù)、得到煙絲的準(zhǔn)確重量。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)并在PLC 內(nèi)完善數(shù)據(jù)的處理，可以保證煙絲重量計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性，與電子秤等機(jī)械稱重方式相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可直接安裝在原有設(shè)備的傳動(dòng)軸上，不占用空間。喂絲機(jī)原本就是一臺(tái)體積較小的供絲設(shè)備，如果增加計(jì)量設(shè)備，空間不夠且與設(shè)備匹配度不高。而旋轉(zhuǎn)編碼器體積小、精確度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且便于安裝，安裝后也不會(huì)占用額外的空間。

（2）自動(dòng)化程度高。旋轉(zhuǎn)編碼器利用PLC 的高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)，與傳統(tǒng)的稱重計(jì)量裝置相比具有快捷、及時(shí)、自動(dòng)計(jì)數(shù)的特點(diǎn)。

（3）穩(wěn)定性可靠，便于維護(hù)。旋轉(zhuǎn)編碼器隨著軸的旋轉(zhuǎn)開(kāi)始計(jì)數(shù)工作，受到外界因素的干擾較少，在沒(méi)有外力影響的情況下使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)時(shí)只需要檢查接線端子是否緊固和連接處的螺絲是否松動(dòng)即可。