基于PLC的垂直分切機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化

陸磊，項(xiàng)慶偉

（江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司徐州卷煙廠，江蘇徐州221005）

基于PLC的垂直分切機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化

陸磊，項(xiàng)慶偉

（江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司徐州卷煙廠，江蘇徐州221005）

推板式垂直分切機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，針對其缺陷，提出具體改進(jìn)措施?？刂葡到y(tǒng)由光電管感應(yīng)控制優(yōu)化為接近開關(guān)控制，合理增加感應(yīng)擋鐵，對PLC程序進(jìn)行優(yōu)化。改進(jìn)后，煙包分切均勻，設(shè)備故障率大大下降。

垂直分切機(jī)；制絲線；控制系統(tǒng)；PLC

0 引言

目前，國內(nèi)卷煙廠制絲線普遍采用片煙處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以秦皇島煙草機(jī)械有限責(zé)任公司自行研制的推板式垂直分切機(jī)為核心，具有流量控制精確、適合于大小各種流量的制絲線、松散率高、回潮效果好、出料溫度高、煙片在充分回潮的情況下不會(huì)出現(xiàn)水浸煙等諸多優(yōu)點(diǎn)。這種垂直分切機(jī)的結(jié)構(gòu)及其控制原理，為適應(yīng)多種煙包尺寸分切，增加諸多控制元器件。目前紙卷分切機(jī)采用伺服控制，配合脈沖定位技術(shù)，使得分切達(dá)到很高的精度[1]。目前煙包規(guī)格已經(jīng)統(tǒng)一，煙包尺寸大小固定，不再需要根據(jù)光電管等控制元器件確定煙包的大小后再分切煙包，因此原有設(shè)備控制元器件冗余，統(tǒng)一規(guī)格的煙包分切相對不均勻，且容易引起設(shè)備故障。煙包的分切不像紙卷分切需要十分的精確，在不增加設(shè)備成本情況下，增加一個(gè)接近開關(guān)以及感應(yīng)擋鐵，并根據(jù)設(shè)備的工作情況進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，改進(jìn)原有設(shè)備，并在實(shí)踐中得到成功應(yīng)用[2]。最終優(yōu)化控制流程，提高系統(tǒng)可靠性，提高煙包分切均勻性，有利于進(jìn)一步松散處理，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；尤其是精簡部分元器件，降低了設(shè)備故障率，提高工作效率，維護(hù)更加方便[3][11]。

1 推板式垂直分切機(jī)問題分析

推板式垂直分切機(jī)是制絲線片煙回潮段上的主機(jī)設(shè)備[4]，作用是接收皮帶輸送機(jī)上輸送的脫箱煙包，并將煙包垂直分切成厚度相等的幾塊（一般切3刀4片），以利于葉片的松散和回潮。分切后的煙塊經(jīng)皮帶輸送機(jī)輸送到控制型靜態(tài)電子皮帶秤進(jìn)行靜態(tài)稱重。靜態(tài)稱重時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的運(yùn)行要求，皮帶秤自動(dòng)修改煙塊在秤上的停留時(shí)間，以保證對回潮機(jī)的均勻喂料。稱重后的煙塊經(jīng)振動(dòng)滑槽，進(jìn)入滾筒式葉片回潮機(jī)松散回潮，得到符合制絲工藝要求的煙片[5]。

1.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)成

推板式垂直分切機(jī)主要由推板、擋料、卸料和導(dǎo)料裝置，切刀架、皮帶輸送機(jī)及相關(guān)控制器件組成（圖1）。1#和2#光電管之間的距離設(shè)置為1300 mm，豎直排列的3組光電管自下而上分別為3#，4#，5#，距皮帶機(jī)的距離分別為300 mm，600 mm和900 mm。1#和2#旋轉(zhuǎn)編碼器分別安裝在同步齒形帶和皮帶輸送機(jī)的主軸上。右下方直角三角形為導(dǎo)料裝置。設(shè)備主要優(yōu)點(diǎn)是推板裝置能夠準(zhǔn)確控制分切煙塊的厚度且尾塊不傾倒；卸料裝置采用上轉(zhuǎn)式，切下的煙塊向后傾倒，由導(dǎo)料裝置滑出切削部位，減小沖擊，保護(hù)接料設(shè)備。

1.2 工作原理

煙包在皮帶輸送機(jī)上由左向右運(yùn)動(dòng)，若能夠同時(shí)被豎直排列的3#，4#，5#光電管感應(yīng)到，則切片數(shù)量為4；若煙包的高度只能被3#，4#光電管感應(yīng)到，則切片數(shù)為3；若煙包的高度僅僅被3#光電管感應(yīng)到，則切片數(shù)為2。當(dāng)煙包尾部離開1#光電管時(shí)，2#旋轉(zhuǎn)編碼器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)煙包運(yùn)動(dòng)到2#光電管處，該編碼器計(jì)數(shù)停止，編碼器產(chǎn)生的脈沖經(jīng)過整定計(jì)算得到如圖1中虛線煙包右側(cè)面和2#光電管之間的距離L1，再利用1#，2#光電管之間的固定距離1300 mm減去L1，計(jì)算出煙包的實(shí)際長度L2。L2=1300-L1，用煙包實(shí)際長度除以切片的數(shù)量即為每一個(gè)切片的厚度L3，根據(jù)光電管感應(yīng)狀態(tài)設(shè)置片數(shù)。L3=L2/設(shè)定片數(shù)。

圖1 垂直分切機(jī)

1.3 工作過程

煙包到達(dá)皮帶輸送機(jī)后，通過1#和2#光電管測量煙包長度，3#，4#，5#光電管測量煙包高度。通過編碼器控制皮帶輸送機(jī)推進(jìn)距離，推板將煙包推至切刀下方，氣缸驅(qū)動(dòng)托板將其托住，同時(shí)皮帶輸送機(jī)停止運(yùn)行，卸料裝置旋轉(zhuǎn)至圖1所示位置。設(shè)備準(zhǔn)備就緒，推板裝置繼續(xù)推動(dòng)煙包向右運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，同步齒形帶上的1#編碼器開始計(jì)數(shù)測量行程距離，當(dāng)推板的行程等于切片厚度L3后，編碼器發(fā)出停止推板運(yùn)行信號(hào)。然后切刀開始向下運(yùn)動(dòng)分切煙包，切下厚度為L3的煙片，煙片經(jīng)導(dǎo)料裝置進(jìn)入下一環(huán)節(jié)[6]。

1.4 存在問題

（1）垂直分切機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，為適應(yīng)不同規(guī)格的煙包，配置了一系列的光電管并編寫了相應(yīng)的控制程序。以便在分切不同規(guī)格的煙包時(shí)，分切機(jī)能夠做到自動(dòng)識(shí)別并更改切片數(shù)量，由于我國目前煙包規(guī)格已經(jīng)統(tǒng)一，相應(yīng)的控制器件一直未發(fā)揮作用，浪費(fèi)備件資源。

（2）垂直分切機(jī)上面的2只旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)算過程復(fù)雜，存在運(yùn)行不穩(wěn)定現(xiàn)象，故障率較高，而編碼器故障直接導(dǎo)致煙包分切不均勻，若更換編碼器還需重新整定，調(diào)試過程繁瑣，極大的影響工作效率[2]。

（3）垂直分切機(jī)上用于測量的光電管較多，由于受工作環(huán)境煙塵較多的影響，光電管誤動(dòng)作現(xiàn)象較為頻繁，從而導(dǎo)致煙包尺寸測量錯(cuò)誤，帶來煙包分切不均勻的后果。表1是經(jīng)過切片后，電子秤測量的每片煙片的重量，可以看出煙片的重量不一、大小不均勻、差距較大。

2 設(shè)計(jì)方法

2.1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，對垂直分切機(jī)工作方式進(jìn)行優(yōu)化，對控制器件進(jìn)行精簡，以提高分切機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性[7]。主要改進(jìn)：煙包規(guī)格已經(jīng)統(tǒng)一，可以取消檢測不同煙包的3組光電管，改用穩(wěn)定性更高的接近開關(guān)來替代旋轉(zhuǎn)編碼器和光電管，通過接近開關(guān)對應(yīng)的4塊感應(yīng)擋鐵之間的間隙來控制分切煙片的寬度，改進(jìn)后垂直分切機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示[8]。因加工煙包規(guī)格趨于標(biāo)準(zhǔn)，加工長度基本上為110 cm，根據(jù)均勻切法，每次所切煙片長度均為28 cm。圖2所示在推板小車上加裝一個(gè)接近開關(guān)并等距安裝4塊感應(yīng)擋鐵，感應(yīng)擋鐵之間的距離就是每次所切煙片的長度，通過修改控制程序，使得在推板小車推動(dòng)煙包運(yùn)動(dòng)時(shí)，每當(dāng)接近開關(guān)感應(yīng)到擋鐵時(shí)，就向切刀發(fā)出動(dòng)作指令進(jìn)行分切，依次進(jìn)行，直到接近開關(guān)感應(yīng)到最右側(cè)擋鐵，發(fā)出推料小車返回指令。

表1 改前煙片重量g

圖2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)改進(jìn)設(shè)計(jì)要求和以及所實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)備采用西門子PLC作為控制單元，包括CPU模塊，16點(diǎn)數(shù)字量輸入和輸出模塊，施耐德接近開關(guān)等[9]，設(shè)備組態(tài)如圖3所示。

數(shù)字量輸入包括設(shè)備手動(dòng)控制和自動(dòng)控制開關(guān)信號(hào)，皮帶啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)、皮帶停止開關(guān)信號(hào)、切刀啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)、切刀停止開關(guān)信號(hào)、接近開關(guān)感應(yīng)信號(hào)等。數(shù)字量輸出信號(hào)包括皮帶啟動(dòng)、皮帶停止、切刀啟動(dòng)、切刀停止、接近開關(guān)信號(hào)等[10]。改進(jìn)后切片機(jī)切片功能的工作流程圖見圖4。

系統(tǒng)啟動(dòng)后，皮帶機(jī)運(yùn)行，擋板推動(dòng)煙包前進(jìn)；當(dāng)安裝在擋板處的接近開關(guān)感應(yīng)到第一個(gè)檢測塊時(shí)，皮帶機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)切刀進(jìn)行分切；分切結(jié)束，切刀退回，皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，接近開關(guān)感應(yīng)到第二個(gè)檢測塊時(shí)，皮帶機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)切刀進(jìn)行分切；分切結(jié)束，切刀退回，皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，接近開關(guān)感應(yīng)到第三個(gè)檢測塊時(shí)，皮帶機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)切刀進(jìn)行分切；分切結(jié)束，切刀退回，皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，接近開關(guān)感應(yīng)到第四個(gè)檢測塊時(shí)，皮帶機(jī)反向運(yùn)行至設(shè)定點(diǎn)處。

根據(jù)設(shè)備運(yùn)行原理以及硬件配置，系統(tǒng)運(yùn)行部分梯形圖如圖5所示，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)前進(jìn)、檢測、切割、返回等功能。

圖3 控制系統(tǒng)硬件組態(tài)

圖4 控制系統(tǒng)流程圖

3 應(yīng)用效果

改進(jìn)后，電子秤測量的每片煙片重量見表2，可以看出煙片的重量大小均勻。由此可以得出，進(jìn)行的改進(jìn)設(shè)計(jì)完全符合功能要求，能夠達(dá)到所要求的效果。

表2 改后煙片重量g

4 結(jié)論

改進(jìn)后的設(shè)備更加合理，控制流程優(yōu)化，系統(tǒng)可靠性提高；煙包分切更加均勻，有利于進(jìn)一步松散處理；提高了產(chǎn)品的質(zhì)量；尤其是精簡部分元器件，設(shè)備故障率降低，工作效率提高，維護(hù)更加方便。

圖5 控制系統(tǒng)梯形圖

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〔編輯 凌瑞〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.02.29