陳 磊，朱振宏，高逸蕓

（紅塔煙草(集團(tuán))有限責(zé)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(zhì)量水平的重要質(zhì)量參數(shù)之一，是影響卷煙過濾效率的關(guān)鍵因素，也是濾嘴棒檢驗(yàn)中的重要指標(biāo)。濾嘴棒生產(chǎn)過程中由于絲束開松時(shí)絲束面隨著其消耗變低，絲束面和導(dǎo)絲臂之間的距離加長，絲束張力和擺動(dòng)幅度過大，濾嘴棒吸阻經(jīng)常發(fā)生較大波動(dòng)，因此增加濾嘴棒吸阻穩(wěn)定性是濾嘴棒生產(chǎn)過程中需要攻克的難點(diǎn)之一。楊曉光[1]等設(shè)計(jì)了一種液壓式醋酸纖維吸阻平衡裝置，但使用中可能出現(xiàn)液壓系統(tǒng)泄漏及揮發(fā)而污染現(xiàn)場環(huán)境。王向東[2]設(shè)計(jì)了一種新型絲束定高平衡機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高實(shí)用性，但機(jī)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(dòng)方式實(shí)現(xiàn)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(dǎo)絲臂距離恒定。根據(jù)鄧?yán)騕3]等對剪刀叉升降平臺的受力分析結(jié)果來看，剪刀叉臂足強(qiáng)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(tǒng)關(guān)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(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和運(yùn)算，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制運(yùn)動(dòng)部件按設(shè)定要求動(dòng)作，檢測元件、執(zhí)行元件和上位機(jī)控制系統(tǒng)通過Profibus-DP 總線進(jìn)行通信。

（2）上位機(jī)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(jī)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(shè)備的狀況，并可對控制設(shè)備進(jìn)行故障診斷、故障報(bào)警和信息參數(shù)維護(hù)，同時(shí)，提供手動(dòng)—自動(dòng)控制運(yùn)行模式選擇，便于系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)，可以完成管轄范圍內(nèi)控制設(shè)備的上料、下料、前進(jìn)、后退、上升、下降、停止、報(bào)警、復(fù)位、消除報(bào)警、手動(dòng)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(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并將數(shù)據(jù)通過總線接入通信網(wǎng)絡(luò)。

（4）張力檢測器選用Montalvo 公司ES 系列檢測器，對進(jìn)入導(dǎo)絲臂的絲束條抽拉張力實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測并接入控制系統(tǒng)形成反饋控制。

（5）伺服系統(tǒng)選用松下A5 系列驅(qū)動(dòng)器對升降電機(jī)行程進(jìn)行精準(zhǔn)控制，電機(jī)選用松下MSME 系列和MDME 系列分別對平臺輸送和升降進(jìn)行控制。

1.2 放料平臺

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

圖1 輸送區(qū)結(jié)構(gòu)

圖2 工作區(qū)結(jié)構(gòu)

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(qū)，輸送線自動(dòng)檢測工作區(qū)是否有剩余絲束包，若工作區(qū)空出，則備用絲束包直接輸送至工作區(qū)，若工作區(qū)處有未用完絲束包，則輸送區(qū)備用絲束包進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)工作區(qū)絲束包剩余量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警對操作人員進(jìn)行提醒，當(dāng)工作區(qū)絲束包用完后，工作區(qū)升降平臺快速的下降至低位，待絲束包底殼移開后，輸送區(qū)的備用絲束包自動(dòng)輸送至工作區(qū)，達(dá)到快速更換絲束，提高生產(chǎn)效率的目的，在工作區(qū)域前端設(shè)有檢測開關(guān)，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(dāng)備用絲束包輸送到位后，4 組稱重傳感器先對新絲束包進(jìn)行稱重，取平均值得新絲束包重量m，開始生產(chǎn)后，若設(shè)定絲包離地高度為h，則可以計(jì)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(shí)時(shí)對不斷消耗的絲束進(jìn)行稱重，并將數(shù)據(jù)傳送至PLC 計(jì)算絲束包當(dāng)前重量與原始重量之差，根據(jù)差量控制伺服電機(jī)運(yùn)行設(shè)定行程，將升降平臺提升到設(shè)定高度，使絲束包表面與導(dǎo)絲臂始終保持恒定距離。同時(shí)，設(shè)置在導(dǎo)絲臂處的張力傳感器對絲束所受張力實(shí)時(shí)的進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測張力持續(xù)高于或低于設(shè)定范圍一定時(shí)間后，PLC 則根據(jù)結(jié)果操作平臺升和降至張力在設(shè)定范圍內(nèi)為止。

平臺運(yùn)動(dòng)時(shí)，伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)過減速控制絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿上傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑道內(nèi)滾輪做平移運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)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(yōu)點(diǎn)

（1）采用伺服電機(jī)來控制升降平臺運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)精度、定位精度高，工作穩(wěn)定。

（2）通過絲桿傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)平臺升降，避免了液壓系統(tǒng)的有泄漏及揮發(fā)給環(huán)境帶來的污染，其工作可靠，安裝維護(hù)方便。

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

（4）系統(tǒng)使絲束包在生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)新絲束包向工作位自動(dòng)運(yùn)送，可以提高生產(chǎn)效率；采用西門子面板式PC 作為上位監(jiān)控可以顯示系統(tǒng)運(yùn)行畫面及實(shí)時(shí)參數(shù)，并可查詢機(jī)臺絲束包實(shí)時(shí)重量、機(jī)臺絲束包凈重、分班次絲束用量等數(shù)據(jù)。

（5）選用基于電容測量技術(shù)的Eilersen SD 系列稱重傳感器，它可將受力情況直接轉(zhuǎn)換為RS-485 數(shù)字信號，即插即用無需現(xiàn)場進(jìn)行重量標(biāo)定，且出廠已經(jīng)過信號補(bǔ)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(qiáng)、線性度好、滯后性低，獨(dú)特的鏈接設(shè)計(jì)可以彌補(bǔ)因軸膨脹、偏心和彎曲引起的測量誤差。

4 結(jié)語

吸阻平衡控制器主要有絲束條抽拉張力平衡、電子計(jì)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(shù)已較為成熟，能夠滿足濾嘴棒生產(chǎn)時(shí)對絲束包抽拉面與導(dǎo)絲臂距離恒定的要求。在此基礎(chǔ)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(dòng)范圍，從而間接控制濾嘴棒吸阻的穩(wěn)定性。同時(shí)，該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、噪聲小、檢測及控制精度高、機(jī)體強(qiáng)度大、壽命長，對于濾嘴棒的生產(chǎn)應(yīng)用有較高的實(shí)用價(jià)值。