張鼎楚 良麻玉

摘 要：本文針對(duì)ZJ17卷煙機(jī)原盤紙拼接系統(tǒng)在搭接過程中需要使用膠帶紙進(jìn)行搭接，并且搭接的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性不高，造成浪費(fèi)的現(xiàn)象，提出了基于交流伺服控制的無膠拼接系統(tǒng)改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：交流伺服控制技術(shù)；卷煙機(jī)；無膠帶盤紙拼接

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.031

本方案采用交流伺服控制技術(shù)進(jìn)行無膠帶拼接，在新的盤紙拼接系統(tǒng)中，交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)備用盤紙逐漸加速，由交流伺服電機(jī)代替拼接高速電磁閥進(jìn)行拼接動(dòng)作，當(dāng)備用盤紙、運(yùn)行盤紙的線速度同步時(shí)，完成搭接動(dòng)作。新盤紙拼接系統(tǒng)能對(duì)備用盤紙的速度進(jìn)行有效控制，提高控制精度，并且具有良好的同步性。

1 設(shè)備現(xiàn)狀及存在問題

ZJ17卷煙機(jī)額定生產(chǎn)能力7000支/分，設(shè)備以額定速度運(yùn)行時(shí)盤紙線速度為6.88米/秒，盤紙直徑650毫米，每12分鐘更換一次盤紙。現(xiàn)在的ZJ17卷煙機(jī)盤紙拼接系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)拼接方式，當(dāng)所有的拼接準(zhǔn)備條件滿足后，在用盤紙運(yùn)行到設(shè)定的搭接直徑，備用盤紙開始加速，當(dāng)備用盤紙加速到與在用盤紙速度相同時(shí)，在高速電磁閥的作用下，進(jìn)行盤紙搭接，原在用盤紙架在制動(dòng)機(jī)構(gòu)作用下停止運(yùn)轉(zhuǎn)，剩余盤紙被更換為新盤紙后，進(jìn)入備用狀態(tài)。

ZJ17卷煙機(jī)盤紙拼接時(shí)備用盤紙的加速由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。拼接時(shí)的搭接動(dòng)作由高速電磁閥控制。卷煙生產(chǎn)企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中都采用降低生產(chǎn)速度、定期更換拼接高速電磁閥的方式進(jìn)行盤紙拼接。雖然這樣做提高了盤紙拼接的成功率，但仍不能解決高速電磁閥響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)造成的拼接失敗。在降速拼接過程時(shí)，卷煙機(jī)速度的降低還會(huì)減少卷煙生產(chǎn)產(chǎn)量，從而影響卷接設(shè)備的有效作業(yè)率。

從以上分析可以看出，盤紙降速拼接方式對(duì)卷煙生產(chǎn)效率以及消耗影響較大，如果能夠?qū)⑵唇臃绞竭M(jìn)行改進(jìn)，則將大大提高生產(chǎn)效率，降低消耗，節(jié)省原輔材料。

2 交流伺服系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著矢量控制方法的實(shí)用化，交流伺服系統(tǒng)具有的良好伺服特性，其寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)及四象限運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，使其動(dòng)、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了高性能伺服驅(qū)動(dòng)的要求。

從HAUNI公司PROTOS系列卷接機(jī)組的發(fā)展中我們可以看到，從早期一代的PROTOS 70到二代PROTOS 80、90、100再到三代的PROTOS 90E、1-8最后是現(xiàn)在PROTOS 2-2 等機(jī)型的不斷更新，我們發(fā)現(xiàn)它的電控系統(tǒng)隨著交流伺服控制與PLC在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用也更具有時(shí)代的特點(diǎn)，表現(xiàn)在：

（1）廣泛應(yīng)用SIEMENS PLC技術(shù)，系統(tǒng)更具有開放性。

（2）采用CAN總線、PROFIBUS總線技術(shù)。

（3）采用高性能的變頻通訊控制，用大量伺服控制系統(tǒng)取代機(jī)械傳動(dòng)。

（4）故障率低，大大提高機(jī)組性能，更加方便維護(hù)和操作。

3 改造方案

通過編碼器的采樣信號(hào)對(duì)交流伺服控制器進(jìn)行控制，拼接加速信號(hào)由SWCP盤紙轉(zhuǎn)換時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生，其余所有均由無膠帶拼接裝置的控制系統(tǒng)完成檢測(cè)、計(jì)算和控制輸出。當(dāng)在用盤紙的線速度和備用盤紙的線速度達(dá)到一致時(shí)，交流伺服電機(jī)控制高速拼接結(jié)構(gòu)按照設(shè)定好的拼接凸輪曲線對(duì)盤紙進(jìn)行拼接，拼接結(jié)束后由斷紙機(jī)構(gòu)將多余盤紙進(jìn)行切斷。

考慮到該裝置需要用到兩個(gè)交流伺服控制電機(jī)，故本系統(tǒng)中采用一個(gè)Schneider LMC101C 運(yùn)動(dòng)控制器分別控制兩個(gè)軸，即D1（拼接軸）和D2（加速軸），其中兩個(gè)軸均由單軸驅(qū)動(dòng)器LXM52 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)控制器與兩個(gè)單軸模塊之間采用Sercos Ⅲ網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，該系統(tǒng)還設(shè)立了獨(dú)立的人機(jī)界面（HMI），其與運(yùn)動(dòng)控制器之間采用Ethernet 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

經(jīng)過改造之后的拼接系統(tǒng)，可以順利的完成啟動(dòng)、加速、同步、拼接、減速、停止等動(dòng)作。與原盤紙拼接系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)具有以下優(yōu)特點(diǎn)：

（1）由于實(shí)現(xiàn)了卷煙機(jī)高速拼接，直接提高了卷煙生產(chǎn)產(chǎn)量，提高了卷接設(shè)備有效作業(yè)率。

（2）當(dāng)卷煙機(jī)采用無膠帶拼接方式對(duì)盤紙進(jìn)行拼接的時(shí)候，不再需要提前防止膠帶紙，節(jié)省了膠帶紙，節(jié)約意義重大。

（3）該裝置設(shè)有“加速長(zhǎng)度（可根據(jù)主機(jī)實(shí)際狀態(tài)做出相應(yīng)的調(diào)整，主要用于精確調(diào)整加速段輔料消耗量）”、“剩余延時(shí)（從主機(jī)左側(cè)盤紙直徑到達(dá)拼接直徑時(shí)開始計(jì)算，保證主軸運(yùn)行過此長(zhǎng)度時(shí)加速軸加速至主軸實(shí)際運(yùn)行速度，與此同時(shí)拼接軸啟動(dòng)拼接功能，主要用于精調(diào)紙芯剩余輔料消耗量）”，可由擋車工根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到卷煙機(jī)最佳拼接拼接狀態(tài)。

（4）該裝置基本獨(dú)立，但操作方便，改造后的卷煙機(jī)盤紙供紙裝置與原有系統(tǒng)的操作功能和操作方式基本保持一致。

4 經(jīng)濟(jì)效益

現(xiàn)在通過盤紙拼接改造可使卷煙機(jī)每更換一次盤紙進(jìn)紙量由12米降為6米以下，也就是每天每臺(tái)卷接設(shè)備最少節(jié)約盤紙6米×165=990米。以一擁有15臺(tái)ZJ17卷接機(jī)組的卷煙廠為例，則每天可節(jié)約15×990米=14850米盤紙。

改造之前的盤紙拼接方式使用膠帶進(jìn)行拼接，按照膠帶紙的使用速度，每班每臺(tái)機(jī)組平均15天使用一盤膠帶紙，一臺(tái)車一個(gè)月三班生產(chǎn)最少要用6盤膠紙，按照每盤膠紙20元計(jì)算，一個(gè)月每臺(tái)車使用膠紙的費(fèi)用為240元，以一擁有15臺(tái)ZJ17卷接機(jī)組的卷煙廠為例，一個(gè)月節(jié)省3600元，一年節(jié)省43600元。

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