河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南陽卷煙廠 尹鑫 陳洋 魯中甫 楊光露 關(guān)淑紅

引言

隨著智能化水平的進(jìn)一步提升，卷煙工廠以智能制造為載體，研究柔性化生產(chǎn)技術(shù)，以期滿足各種加工任務(wù)。貯柜是卷煙廠用于儲(chǔ)存煙葉或煙絲的重要設(shè)備，一般由柜體、分配車、分配帶、布料車、布料帶、底帶、撥輥、電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、光電開關(guān)和接近開關(guān)等部件構(gòu)成，共同實(shí)現(xiàn)煙葉或煙絲的進(jìn)柜和出柜。貯柜的進(jìn)料的“任意性”和出料的“連續(xù)性”成為制約上下游工藝的重要因素，也間接影響了連續(xù)化生產(chǎn)。針對(duì)貯柜的布料和出料進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)進(jìn)料自動(dòng)匹配技術(shù)和出料流量穩(wěn)定技術(shù)，以此滿足各種規(guī)格批次的各種百分比存儲(chǔ)和出料要求，優(yōu)化了設(shè)備性能，提升了生產(chǎn)線的柔性化生產(chǎn)能力。

1 貯柜進(jìn)料改進(jìn)與優(yōu)化

1.1 貯柜進(jìn)料原理

傳統(tǒng)的貯柜進(jìn)料是在布料車固定情況下，依靠下料口的料位檢測光電開關(guān)和底帶的轉(zhuǎn)動(dòng)相配合實(shí)現(xiàn)貯柜的進(jìn)料，如圖1所示。進(jìn)料開始后，在布料車下方進(jìn)料口進(jìn)行進(jìn)料，當(dāng)物料高度到達(dá)廣電開光位置（設(shè)置物料高度）時(shí)，底帶電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)物料向前運(yùn)動(dòng)，下料口處物料重新堆積直至光電開關(guān)檢測，物料移動(dòng)，此過程循環(huán)直至貯柜尾部料滿光電開關(guān)檢測，進(jìn)料結(jié)束。

圖1 傳統(tǒng)貯柜進(jìn)料原理圖

這種布料模式下，貯柜物料如圖1 中所示，成堆狀，物料不平整，在出料過程中也會(huì)導(dǎo)致出料流量不均勻，影響工藝質(zhì)量。同時(shí)，這種控制模式，只能全柜進(jìn)料，不能滿足多種工藝加工任務(wù)下的進(jìn)料要求。

1.2 貯柜百分比進(jìn)料研究

為了進(jìn)一步滿足多任務(wù)加工下的貯柜存儲(chǔ)，目前大部分貯柜采用對(duì)頂柜，如圖2 所示。

圖2 貯柜（對(duì)頂柜）結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)頂柜進(jìn)料工作過程中，布料車在貯柜頭尾兩個(gè)光電開關(guān)之間移動(dòng)，依靠布料車和布料帶的正反轉(zhuǎn)配合實(shí)現(xiàn)布料。通用的貯柜百分比進(jìn)料采用時(shí)間法進(jìn)行進(jìn)料比例控制。首先測量布料車的單程運(yùn)動(dòng)時(shí)間，隨后通過PLC 換算出所需進(jìn)料比例對(duì)應(yīng)的理論布料車運(yùn)行單程時(shí)間，當(dāng)布料車從出料口啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)，布料車正轉(zhuǎn)，布料帶靜止，計(jì)時(shí)達(dá)到換算理論值時(shí)，布料車單程運(yùn)行結(jié)束，布料車反向，布料帶轉(zhuǎn)動(dòng)，物料進(jìn)入貯柜，循環(huán)往返，直至進(jìn)料結(jié)束。以世間法實(shí)現(xiàn)貯柜的百分比進(jìn)料，可以保證貯柜的百分比進(jìn)料，但在某種比例下，貯柜中部位置存有物料，在出料過程中，會(huì)延長貯柜無效運(yùn)行時(shí)間，料尾出料時(shí)長增加，降低工作效率的同時(shí)，也造成能源的浪費(fèi)。

在貯柜原有的硬件條件上，我們加裝激光測距裝置。由于激光測距儀對(duì)穩(wěn)定性要求比較嚴(yán)格，因而測距儀安裝在貯柜尾端，反射板安裝在貯柜布料車上，以此實(shí)現(xiàn)布料車距離實(shí)時(shí)測量定位功能。工作過程中，首先測量測試出布料車在貯柜出料口位置距離，此距離為貯柜布料車最遠(yuǎn)距離，隨后按照距離和進(jìn)料百分比進(jìn)行換算，以次來實(shí)現(xiàn)貯柜的百分比進(jìn)料，同時(shí)為了保證控制的可靠性，我們以貯柜兩端的光電開關(guān)作為校驗(yàn)點(diǎn)，當(dāng)激光測距存在誤差時(shí)，以光電開關(guān)作為備用，增加了系統(tǒng)的容錯(cuò)性。該種進(jìn)料的控制模式避免了時(shí)間發(fā)控制模式中貯柜中部位置有料的情況，提高了設(shè)備運(yùn)行效率，減少了能源的浪費(fèi)，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖3 激光測距+ 接近開關(guān)控制程序

2 儲(chǔ)柜出料改進(jìn)與優(yōu)化

2.1 儲(chǔ)柜出料原理

貯柜的出料系統(tǒng)主要包括耙棍、快速出料廣電開關(guān)、地帶等，如圖4 所示。貯柜出料時(shí)，為了保證出料的連續(xù)性和穩(wěn)定性，在剛開始出料時(shí)，也即料頭階段，由于下游工序處于空白階段，因而需要快速出料，以滿足要求，此時(shí)底帶電機(jī)工作在高速狀態(tài)。在中部時(shí)，需要保證下有流量的穩(wěn)定性，因而底帶電機(jī)工作在恒速狀態(tài)。當(dāng)出料快結(jié)束時(shí)，也即料尾階段，由于存儲(chǔ)的物料較小，為了防止斷流，底帶電機(jī)也工作在高速狀態(tài)，以使得物料快速出掉。

圖4 貯柜出料系統(tǒng)示意圖

料頭階段的判斷是以底帶運(yùn)行時(shí)旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖計(jì)數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值作為條件，此種控制模式下運(yùn)行過程中如果底帶電機(jī)出現(xiàn)打滑，導(dǎo)致脈沖數(shù)產(chǎn)生誤差，影響料頭的判定。料尾則依靠快速出料對(duì)射式光電開關(guān)檢測來進(jìn)行判定，若貯葉柜里靠近出料口的煙葉鋪得不是很均勻的話，快速出料光電開關(guān)會(huì)隨著物料的移動(dòng)而頻繁動(dòng)作，變頻器也隨之頻繁高低速切換。長時(shí)間頻繁切換在對(duì)變頻器及變頻器所控制電機(jī)的損耗會(huì)有一定的影響的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致底帶的鏈條發(fā)生松動(dòng)，影響底帶脈沖數(shù)，進(jìn)而影響出料狀態(tài)的判定。

2.2 光柵式出料設(shè)計(jì)

光柵可以發(fā)射成排的光束，通過檢測所穿過去的遮擋的光束量來判定物體穿過量等測量指標(biāo)。在貯柜系統(tǒng)中我們用光柵來測量物料高度，根據(jù)物料高度動(dòng)態(tài)調(diào)整底帶電機(jī)速度達(dá)到調(diào)整物料流量的目的，實(shí)現(xiàn)物料流量的穩(wěn)定控制。在實(shí)際應(yīng)用過程中，光柵遠(yuǎn)離撥棍一定距離，安裝在貯柜側(cè)邊上。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，底帶速度（其他條件不變的情況下，底帶速度與地帶頻率成正比）也即底帶頻率跟隨物料高度的變化而變化也即：

f×h=k

其中f 為底帶頻率，h 為物料高度，k 為常數(shù)系數(shù)。物料高度越高，頻率越小。由于在工作中頻率的變化值在區(qū)間內(nèi)，因而f 有一個(gè)基礎(chǔ)頻率，在基礎(chǔ)頻率上進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以上述公式可以演變?yōu)閒實(shí)際=f基頻+Δf。

根據(jù)上面可知Δf=kΔh，

總可以得出：f實(shí)際=f基頻+kΔh，

其中，k 為調(diào)節(jié)系數(shù)。

經(jīng)過換算，我們以物料高度的變化量作為底帶速度調(diào)節(jié)的調(diào)整變量。保證貯柜的下游喂料機(jī)料倉存量能夠滿足主機(jī)設(shè)備前的電子皮帶秤流量穩(wěn)定性，避免停機(jī)，延長設(shè)備使用壽命。

3 結(jié)語

本文主要闡述了煙草生產(chǎn)制造行業(yè)中貯柜的柔性化生產(chǎn)模式改進(jìn)。從進(jìn)料和出料兩個(gè)環(huán)節(jié)作進(jìn)行了研究和改進(jìn)，在分析原有模式的基礎(chǔ)上，探索了激光測距式百分比進(jìn)料模式和光柵式物料跟蹤出料模式。改進(jìn)后貯柜可以精確實(shí)現(xiàn)任意百分比進(jìn)料，在出料時(shí)，底帶運(yùn)行頻率可實(shí)時(shí)調(diào)速，不斷追蹤貯柜內(nèi)物料的變化量，既滿足了柔性化的生產(chǎn)模式，也提升了設(shè)備運(yùn)行效率，優(yōu)化了工藝指標(biāo)，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。