濾棒成型設(shè)備中空異型改造研究

林文欽

（廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建 廈門 361000）

1 要求

改造設(shè)計(jì)應(yīng)兼容普通醋纖濾棒和無布帶紋中空棒兩種濾棒生產(chǎn)，特別是外異形有紙中空棒。集成拉絲專用煙槍底座、煙槍、加熱和冷卻系統(tǒng)。無布帶紋濾棒成型機(jī)多功能雙開松裝置改造，采用雙通道上下并列式，獨(dú)立控制?？刂葡到y(tǒng)采用BECKHOFF 系統(tǒng)，含主電機(jī)、加速輪、布帶盤電機(jī)等。采用現(xiàn)場(chǎng)總線與閥島技術(shù)，速度聯(lián)動(dòng)，控制柜獨(dú)立外置，橋架航空插頭聯(lián)結(jié)。

2 項(xiàng)目實(shí)施方案

針對(duì)本項(xiàng)目的2 臺(tái)KDF2 濾棒成型機(jī)組的改造方案，使其具備生產(chǎn)普通支或細(xì)支拉拽法中空濾棒的生產(chǎn)功能。中空濾棒生產(chǎn)設(shè)備主要改造內(nèi)容包括：開松機(jī)改造、中空成型系統(tǒng)改造、成型機(jī)拉拔裝置改造、電控系統(tǒng)升級(jí)改造，同時(shí)配置蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)和冷卻干燥系統(tǒng)為中空成型系統(tǒng)提供熱媒和冷媒。

3 開松系統(tǒng)

將現(xiàn)有設(shè)備開松機(jī)改造為上下布置雙層開松機(jī)，對(duì)兩包絲束進(jìn)行開松，每層絲束開松參數(shù)、甘油施加參數(shù)可進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整，保證每層絲束開松量及甘油施加量滿足中空棒生產(chǎn)需求。其中普通支中空濾棒采用雙絲束包的雙層開松功能系統(tǒng)，細(xì)支中空棒采用單絲束包的單層開松功能系統(tǒng)。

4 中空異型濾棒成型模塊

在開松機(jī)與成型機(jī)之間增加中空異型濾棒成型模塊。中空異型濾棒成型模塊由高壓空氣送絲組件、高溫蒸汽固化模塊、多段冷卻定型模塊組成。高壓空氣將兩股經(jīng)過開松和甘油噴灑的絲束混合送入高溫蒸汽固化模塊段進(jìn)行固化，然后進(jìn)入冷卻定型段實(shí)現(xiàn)快速冷卻定型形成濾棒外形及中空形狀。

5 拉拔系統(tǒng)

保留現(xiàn)有設(shè)備煙槍段改造為布帶夾持拉拔段，集成中益公司提供的拉絲專用煙槍底座、煙槍，為中空棒運(yùn)行提供拉力，并保留普通醋纖濾棒的生產(chǎn)功能。僅通過更換直徑模塊就可以實(shí)現(xiàn)粗中細(xì)中空濾棒的生產(chǎn)切換，可實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)KDF2 濾棒成型機(jī)組改造1 臺(tái)生產(chǎn)普通支中空異型濾棒、1 臺(tái)生產(chǎn)細(xì)支中空異型濾棒的實(shí)施方案。

6 蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)

蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)主要作用是為成型模塊高溫蒸汽固化模塊提供所需溫度的過熱蒸汽，所提供蒸汽溫度、壓力及流量達(dá)到蒸汽固化的工藝需求，為保證同時(shí)滿足粗支、細(xì)支中空棒生產(chǎn)，蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的蒸汽流量、溫度可通過調(diào)節(jié)來匹配需求。蒸汽成型部分采用蒸汽成型濾棒裝置集成，配置冷凝水回收裝置和排水泵。

7 冷卻干燥系統(tǒng)

冷卻干燥系統(tǒng)作用是為成型系統(tǒng)冷卻定型段提供冷干空壓氣。冷干氣流量及溫度滿足多段冷卻定型段要求，對(duì)多段溫度調(diào)整以及流量（對(duì)應(yīng)的壓力）進(jìn)行調(diào)整。

8 電控系統(tǒng)升級(jí)改造

8.1 電控系統(tǒng)概述

圖1 PLC+伺服+HMI 控制系統(tǒng)

運(yùn)動(dòng)控制采用倍福AX5000 系列數(shù)字式緊湊型伺服驅(qū)動(dòng)，在這些技術(shù)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)絕大部分高動(dòng)態(tài)應(yīng)用。氣動(dòng)控制采用FESTO 模塊化總線型閥島，在保證性能穩(wěn)定的同時(shí)，減少了現(xiàn)場(chǎng)配線，并兼具系統(tǒng)診斷功能，有利于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)及安裝。

8.2 控制原理

通過HMI 預(yù)設(shè)生產(chǎn)工藝送達(dá)至控制器，控制器將工藝參數(shù)分析完以后交由各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及NC 運(yùn)動(dòng)控制器。在NC 控制器當(dāng)中，所有的伺服軸都與虛擬引導(dǎo)軸通過電子齒輪或者電子凸輪的方式保持同步關(guān)系，在NC 的每一個(gè)周期內(nèi)，伺服都嚴(yán)格保持著與虛擬引導(dǎo)軸相對(duì)應(yīng)的速度關(guān)系與位置關(guān)系。最后通過EtherCAT 總線技術(shù)，將NC 控制與伺服控制形成一個(gè)閉環(huán)的控制回路。

8.3 開松機(jī)控制

開松機(jī)結(jié)構(gòu)采用雙層張力輥+雙層甘油霧化。本機(jī)對(duì)開松機(jī)主要的輸入輥、張緊輥、輸出輥進(jìn)行了電氣化獨(dú)立伺服驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)方式由傳統(tǒng)的機(jī)械式齒輪箱傳動(dòng)改為了可變齒輪比的電子齒輪傳動(dòng)方式，V1、V2、V3 以及V2+V3、V1+V2+V3 都可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)開松比的精度、難易程度以及后續(xù)的設(shè)備維護(hù)上有比較突出的優(yōu)勢(shì)。

8.4 甘油霧化系統(tǒng)

甘油噴灑電氣控制采用三菱：PLC+伺服+HMI 獨(dú)立控制系統(tǒng)，由主機(jī)BECKHOFF 通過I/O 控制。原設(shè)備的甘油系統(tǒng)由單轉(zhuǎn)刷、雙轉(zhuǎn)刷及轉(zhuǎn)速可變轉(zhuǎn)刷的傳統(tǒng)噴灑方式，由于傳統(tǒng)的上膠方式是通過積累三醋酸甘油酯再上膠的二級(jí)傳動(dòng)模式，不能對(duì)非線性、時(shí)滯性的過程進(jìn)行有效的控制，無法充分發(fā)揮其上膠的效果。本次改造改為了AF-KDF4 上所使用的甘油霧化噴灑方式。對(duì)于噴灑的效果，以及在產(chǎn)品工藝品質(zhì)的保證上，相比原設(shè)備的刷輥濺射方式有著顯著的改善效果。

8.5 成型控制部分

成型部分由原有的齒輪及皮帶傳動(dòng)改為電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，主要包括有布帶輪、加速輪部分。相比于原有結(jié)構(gòu)，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的方式，在生產(chǎn)調(diào)試過程中，能獲得更大的自由度，以及更改工藝的便利性，能極大的縮減調(diào)試時(shí)間，以及各個(gè)牌號(hào)之間的切換時(shí)間。主要表現(xiàn)在棒長(zhǎng)的細(xì)微調(diào)整，不再需要機(jī)械上調(diào)整布帶輪的直徑；接收鼓輪的接收狀態(tài)也可以通過加速輪的單獨(dú)控制，來進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整。

8.6 軟件及人機(jī)界面

在軟件及人機(jī)界面方面，采用簡(jiǎn)潔直觀的中英文界面，方案提供的軟件系統(tǒng)包含以下特點(diǎn)：

（1）“配方式”檢測(cè)參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)設(shè)置好表單格式，也可通過權(quán)限管理進(jìn)行增刪選項(xiàng)。每種品牌規(guī)格的濾棒保存為一種配方，并進(jìn)行單一編碼設(shè)定，生產(chǎn)時(shí)由管理員對(duì)配方進(jìn)行調(diào)用即可滿足不同品牌規(guī)格濾棒的生產(chǎn)需求。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)包含客戶所有規(guī)格濾棒的質(zhì)量參數(shù)及閾值，亦可通過管理權(quán)限進(jìn)行增刪修改，滿足客戶柔性化、多樣化的生產(chǎn)需求。

（3）具備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、管理及上傳功能，可對(duì)生產(chǎn)班次進(jìn)行設(shè)置，保存所需班次的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

（4）多級(jí)密碼設(shè)置管理，可通過密碼、工號(hào)、刷卡等方式進(jìn)行權(quán)限管理。實(shí)施記錄何人、何時(shí)、做了何事，并可對(duì)操作記錄進(jìn)行保存期限設(shè)置。

9 安全防護(hù)改造

在KDF2 成型設(shè)備改造生產(chǎn)中空異型濾棒項(xiàng)目實(shí)施中，一方面雙層開松配置的雙甘油施加裝置，且甘油施加量也較大。另一方面高溫蒸汽固化模塊在運(yùn)行中難免會(huì)有冷凝水產(chǎn)生，且機(jī)構(gòu)存在高溫段易造成燙傷。因而在項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，對(duì)雙層開松機(jī)改造采用鋁合金機(jī)體及搭配鋼化玻璃的304 不銹鋼防護(hù)門，針對(duì)甘油施加位置設(shè)置倒流結(jié)構(gòu)、并做好密封防護(hù)；高溫固化模塊處安裝304 不銹鋼防護(hù)罩，配置冷凝水回收裝置和排水泵，并在防護(hù)罩上粘貼“高溫燙手”等警示標(biāo)志。

10 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)濾棒成型機(jī)組中空異型進(jìn)行改造，改造后的濾棒成型設(shè)備具備生產(chǎn)無紙中空棒的能力。其中包括細(xì)支拉拽法中空管成型改造、普通支拉拽法中空管成型改造。為煙草行業(yè)持續(xù)提供創(chuàng)新型特殊濾嘴棒解決方案，促進(jìn)煙草行業(yè)濾嘴棒技術(shù)的不斷進(jìn)步，為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力創(chuàng)造了有利條件，為企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)效益。隨著異型濾棒需求量的逐步加大，異型濾棒工藝應(yīng)用更加廣泛，因此做好異型棒設(shè)備的改造是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。