卷烟机组中剔除不合格烟支的控制设计

卷烟机组中剔除不合格烟支的控制设计

李卫国 1 张宏涛 2

河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心 河南郑州 450000

摘要：卷接机组在正常生产过程中会产生各种不合格烟支，这些烟支必须在适当的位置准确地加以剔除才能保证机器的正常运行和产品质量。 而这些剔除过程多在接装机有关鼓轮上完成，其中可分为双倍长烟支剔除（如启动 / 停机、剔除、缺滤嘴烟剔除、盘纸/水松纸拼接头剔除）、单倍长烟支剔除（如重量控制系统和烟支检测系统发现的不合格烟支的剔除）和烟支取样剔除。

1前言

在卷烟机组中准确剔除不合格烟支。保证机器的正常运行和产品质量成为各卷烟机生产厂家急于解决的问题之一。当卷接机组以8000支/min甚至 1000支/min 以上的速度运行时， 经常会出现漏剔、误剔、烟支未能有效剔除而被带入下一个鼓轮从而造成乱烟甚至引发停机，这些问题不但影响生产效率、增加废品造成浪费、而且严重影响产品质量，因此解决这一长期困扰的技术难题具有非常重要的实用价值。

2原因分析

对不同机型的卷接机组，其检测信号提取方法和控制原理各不相同，但都能保证通过机器时钟脉冲对接装机各鼓轮槽位进行准确的跟踪和定位，并在烟支到达相应的剔除位置时，向剔除电磁阀发出控制信号，由电磁阀接通压缩空气将该烟支从剔废点吹离鼓轮槽位，从而完成整个剔除过程。 由于生产过程中烟支被负压吸附在鼓轮凹槽上并高速旋转，以生产速度在1000支/min 为例，烟支之间的时间间隔是6ms, 而每支烟实际通过剔废吹气点的时间小于 2ms。 而向剔除电磁阀发出控制信号后，电磁阀本身接通/ 关断会有延迟， 压缩空气的传输亦有延迟，同时机器的生产速度是可变化的，因此简单地采用把剔除脉冲提前某个固定时间发出的办法并不能从根本上解决问题，必须针对原因综合解决剔除动作的执行这个关键问题。

3控制设计方案

3.1剔除电磁阀选择

必须选择高速电磁阀以提高反应速度，阀的响应时间、压力和流量、开关频率等技术指标非常重要，近几年高速电磁阀技术的发展很快，很多专业公司不断推出高速电磁阀新产品。 如 mac高速电磁阀:功率为 24w，电压24v，可由PLC 输出信号控制，dv/dt=16m³/h.尤其是它可以在2,7ms时间内承受80v电压的特性: 为进一步加快阀的打开速度提供了前提条件。

3.2气路要求

尽管剔除用压缩空气的压力和流量与电磁阀开关速度是一对矛盾，但必须优先保证达到剔除所需的压力和流量，一般输入压力应达到4bar，气路输出侧的通道需与阀流量相匹配。 气路配置上要尽量缩短电磁阀到剔废吹气点的距离，以减少气路上的延迟。 对双倍长烟支剔除，若用一个电磁阀同时控制内排烟、外排烟和滤嘴三个吹气点，由于各吹气点气压与路径长度不同，且气流量会下降，容易造成烟支吹斜，进而产生乱烟，因此，宜采用由同一电信号控制的三个电磁阀分别控制三个吹气点且三根气管长度相同，可确保有效剔除。

3.3加速开关级的应用

为使剔除电磁阀在PLC发出控制信号后能立即打开， 一个有效的方法是在PLC输出信号和电磁阀之间加上加速开关级电路。 该电路可以自己设计，也可以在市场上买到成品的模块。 主要技术指标要求是: 输入电压 15-28V、 开关频率 120Hz、输入/ 输出延时是微秒级(50-60μs)。 它的工作原理是:以PLC输出的24v控制信号作为输入信号，在24v信号的上升沿， 瞬间产生80v输出电压使电磁阀加速打开，然后输出电压降为 15v 左右以维持电磁阀的打开状态。 而在 24v 信号的下降沿，产生反向输出电压使电磁阀迅速关闭。 事实证明，加速开关级电路可有效地减少电磁阀的开关延迟时间。

3.4剔除阀的触发时间

在采取以上措施之后，可以有效提高剔除动作执行的速度，但无法完全消除各种延迟，因此仍有必要给剔除脉冲加上一个基本超前量，以抵消执行环节上的各种延迟。 以前通常根据经验或实验给剔除脉冲加上数毫秒时间的超前量，这对应机组某一额定生产速度下的特定条件是有效的。 但考虑到机组可能工作在各种不同的生产速度下，所需的脉冲超前时间是不同的，因此以跟随生产速度变化的用于定位机器工作位置的机器时钟脉冲，而不是以时间作为剔除脉冲的基本超前量的计量单位，从原理上更加科学合理。 通过对轴编码器产生的基准脉冲信号进行处理，产生双倍长烟支时钟脉冲DCP，再对DCP 进行20分频产生DCP20 信号，用DCP20信号作为剔除脉冲的基本超前量的基准计量单位，可以实现对剔除阀的触发点的精确控制。 各剔除点所需的脉冲超前量是不同的，这些参数应能在人机界面上输入并需要根据实际情况进行修正(范围在0-19之间) .

3.5剔除阀触发时间的动态调整

由于高速卷接机组均已采用无级调速，机器可在各种速度下进行生产， 而随着生产速度的增加，气路延迟会导致剔除延迟，应此，应对气路延迟进行补偿。 补偿办法是在上述剔除脉冲的基本超前量基础上，对阀触发时间做进一步的动态调整。 首先将机器工作速度划分为几个区段，然后为各速度段确定一个剔除脉冲超前量的固定补偿值，这样当生产速度达到某个区段的设定值时，可以自动给剔除脉冲基本超前量加上相应的补偿值。 例如，设定机器速度达到4000 支/min时， 追加一个DCP20脉冲超前量: 设定机器速度达到6000 支/min时，追加 两 个DCP200脉 冲 超 前 量 : 设 定 机 器 速 度 达 到8000 支/min时， 追加三个DCP200脉冲超前量，这样可以有效解决剔除脉冲超前量与不同生产速度的动态匹配问题。 当然，这几个生产速度值应当根据实际情况进行设定、假如在低于设定速度时阀关闭太迟，必须减小设定速度值:假如在高于设定速度时阀打开太早，必须增大设定速度值。 首先在低速下将剔除脉冲基本超前量调至最佳结果后，如果对应机器速度变化，剔除点变化太大，才有必要进行此项调整。

4 实验与应用

用MAC公司的电磁阀专用测试仪对电磁 阀直接加上DC24v 电压信号进行实验， 可以发现电磁阀打开时间明显短于关闭时间，信号频率加大到高于电磁阀开关频率一定值时，电磁阀则无法正常工作。 提高信号电压值可使开关频率有所提高，但影响很有限。 现在取十个高速阀做对比实验,数据记录如下:

1. 对电磁阀直接加上24v 电压信号:

电 磁 阀 打 开 时 间(ms) 2.9 3 3 3 2.8 3.2 3 2.9 2.9 3.2

电磁阀关闭时间(ms)5.6 5.8 5.6 5.5 5.2 5.5 5.2 5.5 5.4 5.7

(2)电压信号经加速开关级(80v/10v)后加至电磁阀:

电磁阀打开时间(ms):2.4 2.7 2.3 2.4 2.4 2.4 2.3 2.4 2.3 2.5

电磁阀关闭时间(ms):2.7 2.6 2.6 2.7 2.5 2.6 2.4 2.6 2.5 2.6

以上数据表明，加速开关级电路对电磁阀的打开时间略有改进，而对电磁阀的关闭时间的改善则十分明显，因此对改善高速剔除的响应速度是一个有效的办法。

上述解决高速剔除问题的方法在600米/min的高速滤嘴成型机和11000 支/min 的高速卷烟机上的应用，证明可以在高速生产过程中克服客观因素的影响，有效地执行各种剔除任务。

5小结

高速剔除问题归根到底是由于各种 “延迟”造成的，而”延迟”又是客观存在无法完全消除的。 事实证明，通过采取上述各项改进措施可以有效解决高速剔除过程中存在的问题，可以实现对单支卷烟的精确剔除。 不同机型的卷接机组其机械结构和控制系统各不相同，实际工作中应结合具体情况灵活加以借鉴。

参考文献

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