PLC控制与交流伺服技术在烟机上的应用研究

PLC控制与交流伺服技术在烟机上的应用研究

吴家伟

（龙岩烟草工业有限责任公司福建省龙岩市364000）

摘要：传统卷烟设备，在经过多年使用后暴露出了电气控制系统庞大，控制精度低，维修费用高，传动噪声大，润滑油封难度大，且整机结构复杂无法实现模块化维修等缺陷。与此同时，PLC控制与交流伺服技术却有了长足发展，被应用在烟机上后，不仅彻底打破原有设备传动结构，解决了原有设备的诸多技术缺陷，新设备还具有非常高的运行稳定性和生产运作效率，为烟草行业创造了巨大的经济效益。基于此，本文以MK95卷烟机为例，主要针对PLC控制与交流伺服技术在MK95烟机应用方面的内容进行了分析探讨，以供参阅。

关键词：PLC控制；交流伺服技术；烟机；应用

1MK95烟机现状

1990年前后，MK95型被我国从英国莫林斯公司引进，在当时属于中高档卷烟机组，MK95采用传统的机械传动和电气控制结构，整套设备的机械结构较为复杂，电气部件的布局不够合理，经过多年使用已经不能满足现在的工艺需要，具体来说存在以下几个问题：高故障率、结构复杂、功能单一、不具备自动调整功能。

2PLC控制与交流伺服技术在MK95烟机上的应用

2.1技术方案

生产过程分为对香烟的盘纸进行印刷和香烟生产调整两个步骤。首先先将盘纸进行印刷，然后在卷烟生产中加入动态监测设备Ⅲ，实时调整印刷位置，电子齿轮系统同步运动控制。交流伺服技术在不断进步，其控制精度不断提高，控制算法也更加先进，已经在越来越多的生产中使用，原来的通过一个单一的主驱动将齿轮箱、离合器等驱动的方法来带动每个负荷的运行，这被交流伺服技术所取代，此技术是生产设备的每个驱动器的负载执行单元有一个单独的独立输出单元，所使用的交流伺服电机驱动负载是独立的，通过函数关系模拟出传动关系，所以我们经常称之为“电子齿轮”。结合的工艺要求表明，在切割烟支时的定位必须固定，以确保生产的卷烟外观质量符合标准，在一个单独的交流伺服驱动技术的“在线自动调整功能”的基础上，刀片轮驱动系统由一个独立的伺服马达驱动，两个伺服电机由各自的伺服控制器和控制驱动，而彼此相对的两个运动也可以由一个外部信号和操作的内部逻辑控制驱动器来实现伺服控制，这就实现了相对位置的变化，也实现了盘纸钢印的在线自动调整功能。系统是由独立的交流伺服控制器和交流伺服电机和单个编码器组成。此方法克服了现有技术在生产的同时对盘纸进行印刷的问题。

卷烟机组包括工控机，PLC可编程逻辑控制器来控制数据采集，集中控制和管理系统、多轴伺服控制器系统，独立的交流伺服驱动系统的，钢印模式识别及自动调节系统，包括：①数据采集和集中管理系统由一个PLC可编程序控制器，工业机器，各种传感器13，14构成的各种执行机构，各种传感器被安装在机器各检测位置，它的输出检测信号被连接到一个输入PLC可编程逻辑控制器，所述各种执行机构14被安装在每个工作位置上，连接到可编程逻辑控制器的输出信号，并在通过PROFIBUS通信端口的同时，利用专业通信电缆将与可编程逻辑连接控制器和工控机。②钢印识别和调整系统，使用DSP数字信号处理器15，包括输入接口电路16，定位编码器18，输出接口电路19，多轴伺服控制器2，布带伺服电机4伺服控制器。③交流伺服驱动系统，是在新的自主开发和设计独立的卷烟工艺要求的组合，它是完全独立的交流伺服控制器和交流伺服电机配置，作为单个伺服控制器和相应的伺服电机和反馈编码器的连接结构。

2.2特点和积极效果

2.2.1具备数据采集与管理系统功能。

采用数字化控制技术和网络通信技术，提高了机组的智能化管理，克服了原机设备的维修和保养没有数据可查不便维修的缺点：它们具有集中控制功能，原MK95使用计算机处理芯片，继电器和各种印刷电路板的使用PLC可编程逻辑控制器来控制的集中控制模式的结构中，使硬件功能软件化，不仅解决了原来控制系统故障率高的问题，并且运行稳定，高效。

2.2.2解决漏油等问题，降低成本

这种新型卷烟设备采用PLC可编程逻辑控制器，多轴伺服控制器和触摸工业控制计算机作为原始MK95机械和电气控制系统的替代，除去了原始MK95机械齿轮传动机构，使用“电子齿轮”技术，是同步交流伺服跟踪和独立驱动，彻底解决了原来MK95机械传动带来的漏油，噪音等问题：同时这种新型卷烟机将盘纸图案打印好再进生产，不使用在线印刷工艺，解决了油墨过多造成烟支重复污染和烟丝污染影响内部质量等问题：因为在新的MK95去掉了原生产MK95机印刷油墨必须的传动结构，也大大降低了操作成本和生产成本。

2.2.3改善外观质量

本新型卷烟机解决了原来MK95，因为不能执行复杂的打印作业的问题，采用新技术生产的香烟的外观己显著改善同时，这种新的卷烟机过程中可以将复杂的图案印在烟支上作为提高防伪技术，预防假冒的手段。

2.2.4自动调节

这种新型的卷烟机采用交流同步伺服跟踪技术，卷烟纸在生产中自动调节，彻底改变了原来的MK95香烟单元只可以手动调节，手动加印刷油墨的问题，解决了长时间运行输送带打滑引起的钢印跳动的问题。

2.2.5推广价值高

这种以原MK95卷烟机组为原型的新型卷烟机，将原机组复杂的机械传动结构的卷烟机组进行了综合改造，使之能满足生产工艺的需要：而原机组生产能力为4000支／分钟，故障停机率较高，每天的停机时间平均2-4小时左右，单台可造成上百万元的损失，通过改造后新的卷烟机组可在5500支／分钟运行，性能先进，稳定，可靠，维修方便，而中国有数以千计的MK95国内卷烟机，大多是老机型这个新的改变可以明显提高生产效率，带来巨大的经济效益：并可广泛应用于各种类型的高速卷烟机。

结束语

本文通过研究PLC控制技术和交流伺服技术在MK95卷烟设备上的应用，展示了当今卷烟企业工业自动化的主流控制和驱动模式，这不仅是现代工业生产流水线电气控制技术的集中体现也是今后工业控制发展的主流方向。它实现了设备的多轴同步运行，彻底改变了机械原有的齿轮传动模式，从而取消了设备的油润滑系统。解决了原有设备的诸多技术缺陷，采用新技术的设备，还打破了烟草行业中关于卷烟机极限速度的论断，新设备具有比老设备更高的运行稳定性和生产运作效率，为厂家创造了丰厚的经济效益。

参考文献：

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[3]刘月忠．先进电气控制技术在现代工业中的应用[J].硅谷：2016