煙草制絲線開包機控制系統(tǒng)的優(yōu)化

楊曉娜，吳華濱，韋 文，黃立仁,覃洪漢

廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南寧卷煙廠，南寧市北湖南路28號 530001

煙草制絲工藝包括從煙箱除去包裝到制成煙絲的整個生產(chǎn)過程，其中經(jīng)過開包、回潮、切片、切絲、烘絲、加香等工序。開包作為制絲生產(chǎn)過程中的第一道工序為后續(xù)工序的連續(xù)正常生產(chǎn)起到了基本保障作用，而開包機作為開包工序的核心設(shè)備在制絲生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，其主要功能是代替人工將煙包外的紙質(zhì)外包裝除去［1］，使片煙與紙箱分離并保證片煙的完整。南寧卷煙廠FT53-NN型夾板兩用開包機在生產(chǎn)過程中存在著開包效率低、零位丟失等問題，造成開包機生產(chǎn)效率低、故障率較高。徐國瑞［2］、朱東華［3］、雒巧霞［4］等分別對不同類型開包機的電氣檢測、卡料、機械手等問題進(jìn)行了分析和改進(jìn)，以提高開包機的性能，保證開包機高速穩(wěn)定生產(chǎn)，但改進(jìn)后仍存在開包動作流程繁瑣、開包時間長等問題。為此，通過修改開包機PLC程序、增加開包機旋轉(zhuǎn)過程中位置檢測開關(guān)等方法，對開包機的動作流程進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，以提高開包機的生產(chǎn)效率，縮短開包時間。

1 存在問題

1.1 開包機結(jié)構(gòu)及工作原理

FT53-NN型夾板開包機主要由機械手臂旋轉(zhuǎn)提升架、推夾板機械手(以下簡稱機械手)、電控系統(tǒng)等組成。其中，控制系統(tǒng)包括羅克韋爾SLC500可編程控制器、DeviceNet現(xiàn)場總線控制、氣動伺服控制、同步伺服控制、變頻器和GP2600操作顯示屏等。CPU中央處理器采用羅克韋爾SLC系列SLC5/04-1754-LX模塊［5］，是控制開包機動作的核心部件，各個I/O模塊與CPU之間的通訊通過DeviceNet實現(xiàn)。機械手主要完成煙箱導(dǎo)向、側(cè)板合攏、煙箱抱起、煙箱翻轉(zhuǎn)、夾抱煙箱、開門倒出煙坯等動作。在生產(chǎn)過程中，煙箱輸送到開包機機械手的下方，開包機旋轉(zhuǎn)提升煙箱到中心位置。機械手下降，將煙箱定位在機械手箱體內(nèi)。機械手上升，將煙箱抱起，上升到一定高度后，旋轉(zhuǎn)提升架開始向移動式皮帶輸送機旋轉(zhuǎn)90°，同時機械手箱體翻轉(zhuǎn)180°，機械手下降到位，將箱體內(nèi)的煙包推出。機械手和翻轉(zhuǎn)箱歸位，開始下一個周期。

1.2 問題分析

開包機在生產(chǎn)過程中主要存在以下問題:①由于開包機自動開包過程中每個動作都是順序控制，步驟繁瑣，由此造成開包時間過長，每箱開包時間約需要2 min。②在開包機動作過程中，由機械手上的旋轉(zhuǎn)編碼器對其旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行定位，并將旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的模擬量信號送入伺服變頻器中。由于距離過長及電磁干擾等因素，在機械手反復(fù)旋轉(zhuǎn)過程中頻繁發(fā)生無法定位煙箱位置(即零位丟失)的問題，需要人工調(diào)整零位，處理時間較長，從而影響生產(chǎn)效率。

2 改進(jìn)方法

2.1 增加定位反饋信號

為解決零位丟失問題，在開包機的底座下方A，B，C處加裝3個位置檢測接近開關(guān)，見圖1。檢測開關(guān)型號為TurckNi8-M18-AN 6X-H1141，分別用于檢測左極限位、中位、右極限位3個位置信號，并將輥道輸送機所在方向定為0°，按機械手旋轉(zhuǎn)方向分別定為90°和180°，零位信號位于90°位置。在開包機PLC控制程序中增加左極限位、中位、右極限位的信號反饋［6-7］，用來修正其旋轉(zhuǎn)位置，防止零位丟失。

圖1 位置檢測接近開關(guān)安裝示意圖

2.2 優(yōu)化開包動作流程

原開包機的動作流程是按順序完成，耗時較長。改進(jìn)后修改了開包機動作控制程序并對開煙箱動作流程進(jìn)行了優(yōu)化，見圖2。在控制程序中修改了輸出指令之間的連鎖信號，以改變動作順序。例如當(dāng)夾抱信號結(jié)束后，可以同時啟動機械手上升、艙門左翻轉(zhuǎn)、機械手檢測至中間位置3個指令，3個操作同時運行，節(jié)省了運行時間，每箱開包時間縮短到45 s，有效提高了工作效率。

2.3 增加尋零功能

當(dāng)發(fā)生零位丟失故障時，原控制程序沒有快速尋零操作。改進(jìn)后增加了快速尋零的控制程序和控制電路，見圖3。在控制程序中將圖1中由接近開關(guān)提供的3個位置信號反饋給PLC［8-9］，以輔助糾正機械手定位旋轉(zhuǎn)編碼器的信號，通過接近開關(guān)定位機械手位置可以快速尋找到機械手的零位。圖3中A1A2為夾抱線圈，當(dāng)PLC通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)［10］將指令信號傳送給I/O模塊時，線圈得電閉合，即開始運行尋零程序。另外，在開包機的操作畫面［11］上增加了“手動尋零”功能按鈕，一旦發(fā)生零位丟失故障，通過點擊尋零按鈕，開包機便可啟動尋零程序，不需要人工推動機械手進(jìn)行調(diào)整，尋找零位時間可縮短到3 min。

圖3 增加尋零功能的電路圖

3 改進(jìn)效果

改進(jìn)后FT53-NN型開包機通過增加3個位置檢測接近開關(guān)、優(yōu)化動作流程以及增加尋零功能，尋找零位時間可縮短到3 min，開包機故障率由原來的13.3%降低到1.9%，開包時間由2分鐘/包縮短到45秒/包，有效提高了生產(chǎn)效率。

［1］ 姚二民，褚國海.卷煙機械［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2005.

［2］ 徐國瑞.開包機卡料問題的探索［J］.農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備，2010(6)：72-74.

［3］ 朱東華，吳保平，杜峰.對制絲線紙箱開包系統(tǒng)的改進(jìn)［J］.工業(yè)技術(shù)，2012(17)：57-58.

［4］ 雒巧霞.開包機電氣控制功能的完善［J］.機電信息,2011(3)：334-36.

［5］ 宋振寰.現(xiàn)場總線Profibus和以太網(wǎng)技術(shù)在煙草制絲線的應(yīng)用［J］.科技信息，2008(31)：69-70.

［6］ 鄧禮.ControlLogix系統(tǒng)實用手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

［7］ 陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1999.

［8］ 朱雙印，劉石.PLC故障分析一例［J］.煙草科技，2003(7)：18-19.

［9］ 劉云，陳亮，王朝飛，等.Profibus常見故障分類診斷［J］.煙草科技，2010(5)：63-65.

［10］ 儲文明，許文明，左小五，等.基于DeviceNet現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計［C］//第九屆工業(yè)儀表與自動化學(xué)術(shù)會議.北京：中國自動化學(xué)會，2008：303-306.

［11］ 呂興榮，王爽，蔡丹，等.基于S7-1200PLC和觸摸屏的氣動機械手控制［J］.輕工科技，2012(12)：34-35.