PASSIM卷煙機(jī)卷煙紙張力伺服裝置改進(jìn)

劉佳璽

摘 要：PASSIM卷煙機(jī)采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的紙張力伺服控制裝置，在實(shí)際應(yīng)用中存在不完善之處，如機(jī)組剛啟動(dòng)時(shí)紙張力探測臂擺動(dòng)幅度較大易引起卷煙紙斷紙現(xiàn)象，并且因紙張力快速變化而使探測臂產(chǎn)生抖動(dòng)。設(shè)計(jì)改進(jìn)后增加一個(gè)氣缸和PID速度調(diào)節(jié)器，對控制電路作相應(yīng)的調(diào)整，使紙張力伺服控制裝置工作穩(wěn)定，避免斷紙和探測臂抖動(dòng)現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：紙張力；伺服控制裝置；設(shè)計(jì)；改進(jìn)

1 Passim卷煙機(jī)紙張力伺服控制裝置改進(jìn)的必要性和重要性

Passim卷煙機(jī)是英國MOLINS公司的系列產(chǎn)品之一，在卷煙機(jī)紙張力控制方面，采用了當(dāng)今世界各種高速機(jī)型都普遍使用的伺服控制形式，從設(shè)計(jì)者原意來說是想提高紙張力穩(wěn)定性和降低斷紙頻率，但是，由于原設(shè)計(jì)存在著不足，致使紙張力伺服控制裝置經(jīng)常出現(xiàn)工作不正常現(xiàn)象，發(fā)生斷紙和紙張力波動(dòng)等故障。

如果把紙張力伺服控制裝置取消，采用純機(jī)械傳動(dòng)形式，這樣做的結(jié)果是帶來了另外的問題。當(dāng)拖紙輥被壓紙輥壓緊時(shí)，卷煙紙的供給速度受拖紙輥直徑與轉(zhuǎn)速的控制，若布帶輪直徑稍小，煙槍布帶速度將小于卷煙紙的供給速度，卷煙紙?jiān)絹碓剿桑钡教綔y臂擺動(dòng)到最高位置并隨之發(fā)生卷煙紙帶纏繞而斷紙；若布帶輪直徑稍大，煙槍布帶速度將大于卷煙紙的供給速度，卷煙紙被越拉越緊，要么被拉斷，要么相對于布帶或拖紙輥發(fā)生滑動(dòng)而造成跳牌子現(xiàn)象。所以，布帶輪直徑必須精確地對應(yīng)于拖紙輥直徑，從而就不能通過調(diào)整布帶輪直徑來精確地調(diào)整煙支長度。

因此，改造Passim卷煙機(jī)的紙張力伺服控制裝置，使紙張力伺服控制裝置工作穩(wěn)定，避免斷紙和紙張力劇烈波動(dòng)，提高煙支質(zhì)量，不僅是必要的，而且也是重要的。

2 原紙張力伺服控制裝置的工作原理

Passim卷煙機(jī)原紙張力伺服控制裝置的工作原理是，卷煙紙張力由探測臂因重力而產(chǎn)生的力矩提供，電位器把探測臂的角位移轉(zhuǎn)化為電信號，與測速電機(jī)測得的機(jī)組運(yùn)行速度信號一起被傳送給信號處理單元，信號處理單元把二者進(jìn)行乘法運(yùn)算后作為探測臂位置偏差信號與機(jī)組運(yùn)行速度信號的另一路一起傳送給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)探測臂位置偏差信號和機(jī)組運(yùn)行速度信號來改變拖紙輥的轉(zhuǎn)速，使探測臂有回復(fù)到正常工作時(shí)的零點(diǎn)位置（探測臂的零點(diǎn)位置由電位器的零點(diǎn)位置決定，一般應(yīng)處于擺幅的中點(diǎn)位置）的傾向。因此，卷煙紙張力只與探測臂因重力而產(chǎn)生的力矩相關(guān)，基本上保持恒定。

3 原紙張力伺服控制裝置在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題

誘發(fā)紙張力伺服控制裝置工作不穩(wěn)定，引起斷紙和紙張力劇烈波動(dòng)的主要原因是：

3.1 由于斷紙后探測臂在重力產(chǎn)生的力矩作用下擺動(dòng)到最高處，在機(jī)組剛啟動(dòng)時(shí)，探測臂位于極限位置，電位器輸出的偏差電信號過大，引起伺服控制裝置強(qiáng)烈響應(yīng)，導(dǎo)致機(jī)組剛啟動(dòng)時(shí)探測臂大幅劇烈擺動(dòng)，有時(shí)會(huì)引起卷煙紙斷紙而造成機(jī)組停機(jī)。

3.2 由于信號處理電路采用比例放大器，響應(yīng)速度過快，系統(tǒng)穩(wěn)定性差。其結(jié)果是探測臂抖動(dòng)厲害，易發(fā)生斷紙，或者造成紙邊跳動(dòng)，影響上膠效果，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起煙條暴口而使機(jī)組停機(jī)。

3.3 伺服控制裝置所采用的卷煙機(jī)運(yùn)行速度信號是由一測速電機(jī)提供的電壓信號，信號在到達(dá)伺服控制裝置的過程中會(huì)受到周圍各種電器和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的雜波的干擾，特別是在卷煙機(jī)剛起動(dòng)時(shí)，由于速度較低，速度信號較弱，受到的干擾更加嚴(yán)重，易引起信號失真，造成探測臂大幅擺動(dòng)。

在上述幾點(diǎn)問題中，第一點(diǎn)尤為關(guān)鍵。由于機(jī)組剛啟動(dòng)時(shí)探測臂位于最高位置，錯(cuò)誤地反應(yīng)了拖紙輥與煙槍布帶的線速度差信息，易使伺服控制裝置在機(jī)組剛啟動(dòng)時(shí)強(qiáng)烈響應(yīng)，使探測臂發(fā)生劇烈振蕩而造成斷紙。這也就是普遍難于對Passim卷煙機(jī)紙張力伺服控制裝置進(jìn)行調(diào)整和解除故障的原因所在。

避免探測臂在機(jī)組剛啟動(dòng)時(shí)位于極限位置，是解決Passim卷煙機(jī)紙張力伺服控制裝置所存在問題的關(guān)鍵。總之，解決了這個(gè)問題，也就解決了最根本的問題。

4 改進(jìn)措施

為了克服Passim卷煙機(jī)上紙張力伺服控制裝置中存在的上述問題，設(shè)計(jì)了一種新型紙張力伺服控制裝置，該紙張力伺服控制裝置工作穩(wěn)定，可以避免斷紙和紙張力劇烈波動(dòng)的不足。本改進(jìn)可通過這樣的方法和結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)（圖1）。

圖1 新型紙張力伺服控制裝置原理圖

1.紙張力探測單元；2.信號處理單元；3.伺服驅(qū)動(dòng)單元；4.重錘；5.氣缸；6.電位器；7.探測臂；8.探測臂導(dǎo)紙輥；9.固定導(dǎo)紙輥；10.固定導(dǎo)紙輥；11.卷煙紙；12.測速電機(jī)；13.濾波電路；14.PID調(diào)節(jié)器；15.伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；16.測速器；17.伺服電機(jī)；18.拖紙輥；19.壓紙輥

4.1 在探測臂處設(shè)置—受電磁閥控制的氣缸，斷紙后氣缸將探測臂頂?shù)綌[幅的中間位置，當(dāng)卷煙機(jī)起動(dòng)時(shí)氣缸縮回與探測臂脫離，這樣即可以保證探測臂在起動(dòng)時(shí)處于擺幅的中間位置，與電位器的零點(diǎn)位置重合，避免電位器輸出過大的偏差電信號而引起伺服控制裝置強(qiáng)烈響應(yīng)及啟動(dòng)時(shí)探測臂大幅劇烈擺動(dòng)。

4.2 在原來的紙張力控制裝置中增加—PID速度調(diào)節(jié)器（比例-積分-微分調(diào)節(jié)器）。PID速度調(diào)節(jié)器可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，并且可以單獨(dú)調(diào)節(jié)其比例-積分-微分各項(xiàng)的作用強(qiáng)度，特別是其積分調(diào)節(jié)作用可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加。

4.3 取消原紙張力控制電路板上的乘法電路，使紙臂探測信號直接進(jìn)入PID速度調(diào)節(jié)器，避免在卷煙機(jī)速度較低的情況下調(diào)節(jié)信號過弱而導(dǎo)致的斷紙現(xiàn)象。

經(jīng)過上述改進(jìn)，可以使紙張力伺服控制裝置運(yùn)行穩(wěn)定和便于調(diào)節(jié)，避免斷紙和紙張力劇烈波動(dòng)。

5 改造方案的性能、效益分析

本改進(jìn)可以提高卷煙機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性，減少停機(jī)次數(shù)。因?yàn)閱?dòng)和停機(jī)過程易產(chǎn)生廢煙，所以卷煙機(jī)經(jīng)過改進(jìn)后就減少了原附材料的損耗。同時(shí)，改進(jìn)后還可以提高紙張力的穩(wěn)定性，減小紙邊跳動(dòng)，提高上膠質(zhì)量，達(dá)到提高煙支質(zhì)量的目的。

參考文獻(xiàn)

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