交流伺服控制系統在ZJ17卷煙機無膠帶拼接中的應用

張鼎楚 良麻玉

摘 要：本文針對ZJ17卷煙機原盤紙拼接系統在搭接過程中需要使用膠帶紙進行搭接，并且搭接的準確性與穩定性不高，造成浪費的現象，提出了基于交流伺服控制的無膠拼接系統改進方案。

關鍵詞：交流伺服控制技術；卷煙機；無膠帶盤紙拼接

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.031

本方案采用交流伺服控制技術進行無膠帶拼接，在新的盤紙拼接系統中，交流伺服電機驅動備用盤紙逐漸加速，由交流伺服電機代替拼接高速電磁閥進行拼接動作，當備用盤紙、運行盤紙的線速度同步時，完成搭接動作。新盤紙拼接系統能對備用盤紙的速度進行有效控制，提高控制精度，并且具有良好的同步性。

1 設備現狀及存在問題

ZJ17卷煙機額定生產能力7000支/分，設備以額定速度運行時盤紙線速度為6.88米/秒，盤紙直徑650毫米，每12分鐘更換一次盤紙。現在的ZJ17卷煙機盤紙拼接系統采用動態拼接方式，當所有的拼接準備條件滿足后，在用盤紙運行到設定的搭接直徑，備用盤紙開始加速，當備用盤紙加速到與在用盤紙速度相同時，在高速電磁閥的作用下，進行盤紙搭接，原在用盤紙架在制動機構作用下停止運轉，剩余盤紙被更換為新盤紙后，進入備用狀態。

ZJ17卷煙機盤紙拼接時備用盤紙的加速由直流電機驅動。拼接時的搭接動作由高速電磁閥控制。卷煙生產企業在實際生產中都采用降低生產速度、定期更換拼接高速電磁閥的方式進行盤紙拼接。雖然這樣做提高了盤紙拼接的成功率，但仍不能解決高速電磁閥響應時間長造成的拼接失敗。在降速拼接過程時，卷煙機速度的降低還會減少卷煙生產產量，從而影響卷接設備的有效作業率。

從以上分析可以看出，盤紙降速拼接方式對卷煙生產效率以及消耗影響較大，如果能夠將拼接方式進行改進，則將大大提高生產效率，降低消耗，節省原輔材料。

2 交流伺服系統發展現狀

隨著矢量控制方法的實用化，交流伺服系統具有的良好伺服特性，其寬調速范圍、高穩速精度、快速動態響應及四象限運行等良好的技術性能，使其動、靜態特性已完全可與直流伺服系統相媲美。同時可實現弱磁高速控制，拓寬了系統的調速范圍，適應了高性能伺服驅動的要求。

從HAUNI公司PROTOS系列卷接機組的發展中我們可以看到，從早期一代的PROTOS 70到二代PROTOS 80、90、100再到三代的PROTOS 90E、1-8最后是現在PROTOS 2-2 等機型的不斷更新，我們發現它的電控系統隨著交流伺服控制與PLC在許多領域得到廣泛應用也更具有時代的特點，表現在：

（1）廣泛應用SIEMENS PLC技術，系統更具有開放性。

（2）采用CAN總線、PROFIBUS總線技術。

（3）采用高性能的變頻通訊控制，用大量伺服控制系統取代機械傳動。

（4）故障率低，大大提高機組性能，更加方便維護和操作。

3 改造方案

通過編碼器的采樣信號對交流伺服控制器進行控制，拼接加速信號由SWCP盤紙轉換時鐘脈沖產生，其余所有均由無膠帶拼接裝置的控制系統完成檢測、計算和控制輸出。當在用盤紙的線速度和備用盤紙的線速度達到一致時，交流伺服電機控制高速拼接結構按照設定好的拼接凸輪曲線對盤紙進行拼接，拼接結束后由斷紙機構將多余盤紙進行切斷。

考慮到該裝置需要用到兩個交流伺服控制電機，故本系統中采用一個Schneider LMC101C 運動控制器分別控制兩個軸，即D1（拼接軸）和D2（加速軸），其中兩個軸均由單軸驅動器LXM52 進行驅動，運動控制器與兩個單軸模塊之間采用Sercos Ⅲ網絡進行通訊，該系統還設立了獨立的人機界面（HMI），其與運動控制器之間采用Ethernet 網絡進行通訊，該系統的網絡結構圖如圖1所示。

經過改造之后的拼接系統，可以順利的完成啟動、加速、同步、拼接、減速、停止等動作。與原盤紙拼接系統相比，新系統具有以下優特點：

（1）由于實現了卷煙機高速拼接，直接提高了卷煙生產產量，提高了卷接設備有效作業率。

（2）當卷煙機采用無膠帶拼接方式對盤紙進行拼接的時候，不再需要提前防止膠帶紙，節省了膠帶紙，節約意義重大。

（3）該裝置設有“加速長度（可根據主機實際狀態做出相應的調整，主要用于精確調整加速段輔料消耗量）”、“剩余延時（從主機左側盤紙直徑到達拼接直徑時開始計算，保證主軸運行過此長度時加速軸加速至主軸實際運行速度，與此同時拼接軸啟動拼接功能，主要用于精調紙芯剩余輔料消耗量）”，可由擋車工根據需要進行調整，以達到卷煙機最佳拼接拼接狀態。

（4）該裝置基本獨立，但操作方便，改造后的卷煙機盤紙供紙裝置與原有系統的操作功能和操作方式基本保持一致。

4 經濟效益

現在通過盤紙拼接改造可使卷煙機每更換一次盤紙進紙量由12米降為6米以下，也就是每天每臺卷接設備最少節約盤紙6米×165=990米。以一擁有15臺ZJ17卷接機組的卷煙廠為例，則每天可節約15×990米=14850米盤紙。

改造之前的盤紙拼接方式使用膠帶進行拼接，按照膠帶紙的使用速度，每班每臺機組平均15天使用一盤膠帶紙，一臺車一個月三班生產最少要用6盤膠紙，按照每盤膠紙20元計算，一個月每臺車使用膠紙的費用為240元，以一擁有15臺ZJ17卷接機組的卷煙廠為例，一個月節省3600元，一年節省43600元。

參考文獻：

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