煙草包裝機械自動化新發展

本刊記者/宋慧欣

煙草機械技術的先進程度，在很大程度上決定著煙草工業的生產組織、生產規模、生產方式、能源和原輔材料消耗等，因而影響煙草工業的產品水平、質量、品種、效益以及更新換代周期，對煙草工業的發展起促進作用，是煙草工業生產的基礎工業，它的技術水平是衡量煙草工業生產現代化程度的重要指標之一。煙草包裝機械是卷煙包裝的專用生產設備。近年來，隨著對煙草產品品質要求的提高，煙草包裝機械也得到了長足的發展，并向自動化、信息化、智能化和機電一體化方向發展。本期專題策劃本刊記者對話中國煙草總公司職工進修學院首席培訓師王德吉探討煙草包裝機械自動化技術的新發展、煙草包裝機械未來所面臨的挑戰以及給自動化技術帶來的機遇。

1 我國煙草行業當前所應用包裝機械的整體情況如何？

我國煙草行業目前應用的包裝機械品種較多。600包/分以上的超高速機組主要是進口產品，包括意大利GD公司的H1000型、S1000型、W1000型；德國FOCKE公司的F8；這些機組生產速度均達到1000包/分。600包/分以下的高中速機組主要包括：進口設備主要有GD公司的GDX1/X2, FOCKE公司的FOCKE350，德國慕斯門公司的B1等。

國產主流機型是上海煙機公司引進意大利GD公司的GDX1/X2技術生產的ZB25B45包裝機。近幾年，又引進消化意大利公司的XCC600PACK-OW生產制造了ZB47包裝機，目前正引進德國FOCKE公司的FC800生產ZB48包裝機，生產能力為每分鐘800包。ZB45(硬盒)和ZB25（軟盒）在國內卷煙廠占據主導地位。

2 當前我國煙草包裝機械技術目前發展現狀？主要應用的自動化技術？

我國的煙草包裝機械主要是上海煙機公司生產制造。自1988年以來引進、消化、吸收了意大利GD和德國FOCKE等公司的包裝機組技術，縮短了與國外先進水平的差距，總體技術水平進步很快，現在能夠為各卷煙廠提供400包/分的ZB45硬盒包裝機組和ZB25軟盒包裝機組。以上兩種機型基本是引進GDX2/X1技術進行生產的，控制核心為MICRO Ⅱ系統。它與較早的FZ控制系統比較，具有以下優點：具有高可靠性；配套齊全，通用性強；功能完善、實時性好，友好的人機界面；系統智能化；控制軟件功能強。從而提高了模塊和硬件靈活配置的可能性，增加了設備的自診斷功能，加快了控制器運行速度。但隨著工藝的提升，速度的提高以及信息化發展的需求，機器可靠性方面和控制系統顯得相對落后，因此又引進生產了ZB47和ZB48兩種機型。其中ZB47型硬盒包裝機組是引進意大利GD公司XC/C600/PACK-OW包裝機組技術生產的，機組額定產量為550包/分，2006年5月通過國家煙草專賣局技術鑒定。ZB47采用了交、直流伺服技術去掉了大部分的齒輪機構，簡化了機械結構，產品的技術性能、功能和水平都有很大升級。機組電氣的核心-MICRO Ⅱ系統與PROFIBUS、PROFINET總線技術結合應用，并對人機界面提升優化，滿足高效、多功能、可靠、智能等要求。ZB48型硬盒硬條包裝機組是2009年9月引進德國FOCKE公司的FC800包裝機組技術生產，額定包裝速度800包/分。國內對于超高速包裝機組的研制剛剛起步，與國外存在一定的差距。ZB48包裝機額定生產能力為800包/分，控制核心為德國倍福的 IPC技術即嵌入式工業控制計算機技術，通過工業以太網控制整個機組，大量采用Elau伺服電機簡化了機械結構，物料的檢測普遍廣泛采用視覺檢測裝置。IPC控制具有計算速度快、控制精度高、靈活多變、易于維護等優勢。

綜上所述，ZB45、ZB25在整機電控系統方面，仍然以GD公司早期自行開發的專用MICROII平臺，以及專用電路板組成，相對于傳統PLC具有較強可靠性，智能性。隨著微電子技術發展，高性能PLC和IPC的出現，MICRO-II顯得通用性差，技術水平相對落后。ZB45、ZB25系統采用專有的總線結構，不利于系統擴展和數據采集，不符合各煙廠信息化建設的要求。在傳動系統方面，還有很多采用直流變頻和直流伺服技術，由于直流變頻和直流伺服技術難度大、使用維護成本高昂，逐漸失去應用市場。取而代之的是采用交流變頻技術、交流伺服技術來控制電機運轉。自上世紀末以來，國內開始有廠家在卷煙廠進行GD系列的包裝機電控系統技術改造，主要采用了西門子PLC。2009年以來少數廠家采用倍福公司的IPC技術進行了主控系統的改造。在局部或專項改造方面，國內不少廠家開發了包裝質量在線檢測裝置如小包成像檢測、條包成像檢測、缺盒檢測等。這些改進對提高卷煙包裝質量起到了積極的推進作用。但以上裝置均采用外掛形式，與主控系統不能有機地融合為一體，不利于檢測與維修和生產數據的采集和統計。

3 當前我國煙草包裝機械行業與國外發達地區相比，在自動化技術應用方面還存在哪些差距？

目前，國外主要煙草包裝機械廠家在機組電控系統方面，已經選用德國倍福公司的IPC技術，如德國的FOCKE FX系列包裝機。同我國普遍使用的FZ、MICRO-II、PLC技術相比，IPC系統的平臺更開放，處理速度更快（最快處理周期可以達到50微秒）。應用IPC技術，在一個處理周期內就能將任務處理完，不需使用中斷處理，從而提高了系統的穩定性。

另外，國外最新推出的包裝設備，已經將在線質量檢測系統融入了設備總體設計中，與主機機械結構和主電控系統渾然一體，從而提高了系統的穩定性和可維護性。

總之，國內煙草包裝機械無論在包裝速度、主控系統平臺、各專項系統與主控系統融合上，均存在較大的差距。

4 煙草包裝機械在節能、環保、安全方面未來的發展重點？

節能主要是從工業活動前端提升能源和資源的有效利用率，從源頭減少能源的消耗；環保更多是后端處理，對工業活動日常產生的污染物進行處理后，然后排放到自然環境中。

在包裝機械節能方面，隨著電子齒輪伺服系統、能源綜合管理等新技術的出現與成熟，在機械傳動能量損失、加熱器等大功率器件無用功率的降低上，將是包裝機械節能的首要突破發展重點。

環保方面，大范圍采用電子齒輪伺服傳動技術，減少以往因齒輪咬合傳動產生的噪音、減少粉塵、降低能耗。

安全方面，提高設備自動化、智能化和信息化程度，盡可能的減少操作人員干預、嚴格執行操作規范等都是安全生產的發展方向和必要手段。

5 當前，我國煙草包裝機械行業發展面臨著哪些挑戰？行業的未來發展對于自動化技術提出了哪些新的需求？

當前，我國煙草包裝機械行業發展面臨著以下挑戰和需求：

在用設備的改造。隨著改造以滿足工業化與信息化融合的需要。我國煙草包裝機械存在機型及品牌較多、電控系統新技術的應用參差不齊，老的設備存在生產效率低下、維護成本高、系統開放性差等問題。針對這些陳舊設備的升級改造也勢在必行，是維持當前的高維護費用的支出還是升級改造的高投入，讓每個卷煙廠都適時的找到這個平衡點還是有不小的挑戰。

傳統技術的改進。隨著市場多樣化的需要，需要小品種多規格的卷煙，因此ZB45、ZB25現有技術必須不斷改進。如包裝機組上7-6-7形式上發展7-7-6或19支、25支等多種包裝形式，以適應市場需要。

新技術的研發。隨著技術的發展和行業的要求，包裝設備正沿著數字化、微型化、個性化、交互式、移動式、集成式、網絡化、智能化的方向發展。將來包裝設備更新換代的主要特點：采用統一的工控平臺，使用先進的智能傳感器和伺服驅動技術，提高機組控制及產品檢測水平。大量移植采用民用和軍用工業的各種現代化高精度技術 、電子技術、微電子技術、邊緣技術 、模糊技術，加速提高包裝設備和生產線的可靠性、安全性、無人作業性等自動化水平 。包裝機械的集成化、智能化、網絡化、柔性化將成為未來發展的主流。

6 對于未來煙草包裝機械的發展趨勢，您有何見解？

更高的包裝質量：這是卷煙包裝設備變革的前提。

更高的包裝速度：這仍是卷煙包裝設備追求的目標之一。

更高的靈活性：在盡可能少更換零件的條件下，可以包裝不同規格或數量的煙支，可以各種不同的包裝材料，可以達到軟盒、硬盒形式的快速改變，以適應日益變幻的市場需要。

更高的可靠性和穩定性：牽涉到設計的合理性、零件材料的選用、零部件加工精度和裝配質量等相關因素。

便于維修：所有先進設備都十分注重這一方面。

優良的人類工程學：它運用人體測量學、生理學、心理學和生物學等研究手段和方法，綜合的對人體結構、功能、心理及力學等問題進研究，所設計的機械、儀器和控制裝置能使操作者發揮最大的效能。

網絡技術的應用：生產指揮系統與包裝設備的直接相連；調試期間的遠距離監控指揮；遠距離服務；通過包裝設備在線與零件供應商咨詢聯絡。

此外，原輔材料集中供應、虛擬制造與數字工廠都是包括包裝設備在內的煙草行業的必然發展趨勢。

要做到這些要求，必須要機械和電氣高度配合，才能設計出完美的產品。

在機械加工方面，利用計算機CAD/CAPP/CAM等設計技術，輔以精密成型技術和數控精密加工裝備，制造出精密凸輪、齒輪、異型件等，提高機組的穩定性、易用性。

電氣設計方面，在國家“統一工控平臺”指導思想指引下，我國未來煙草包裝機械電控系統，將以IPC作為主導系統控制平臺，輔以智能傳感及伺服驅動技術、先進總線技術等，提高整個機組的速度、高度智能化、高質量和高可靠性。IPC技術的使用，一定能夠使我國煙草包裝機械控制水平得到很大的提高。

總的看來，在今后相當長時間內，世界卷煙包裝機械仍將向高速(將采用雙路包裝技術)、高生產效率、便于操作和維修保養、高靈活性、產品質量好且穩定以及全自動化方向發展，同時，其噪音和安全性將得到改善，也將利用計算機技術對生產資料和數據進行管理與整個卷煙廠的主計算機系統相聯，以便更有效地對全廠的生產進行科學管理。