基于PLC的煙用內襯紙自動潤滑系統設計

劉開合，馬 義，王學軍，步 剛，劉 凱

（山東中煙工業有限責任公司滕州卷煙廠，山東棗莊 277500）

0 引言

目前卷煙包裝設備內襯紙潤滑主要是人工加注潤滑油，不能滿足潤滑中的“定量”、“定期”原則，同時還存在“油漬煙”等質量隱患和影響設備效率問題。內襯紙又稱鋁箔紙、鋁紙，是直接包裹煙支的材料，它的包裝質量對小盒包裝質量與煙支防霉保質關系甚大[1]。在內襯紙進入導紙輥前，潤滑毛氈會清潔內襯紙鋁層的灰塵，柔順內襯紙，延長內襯紙切刀壽命，提高切割質量，避免內襯紙輸送堵塞等問題。

通常情況下，操作工利用潤滑油壺將石蠟油噴到毛氈上，然后手動調整潤滑毛氈支架，使毛氈表面與內襯紙接觸。人工加注潤滑油的方式存在以下弊端及隱患：①不能滿足“定量”“定期”原則，即使是同一操作工潤滑間隔時間和添加油量不好統一，隨意性較強；②設備停機時，必須使毛氈脫離內襯紙，否則有產生油漬煙的質量隱患；設備正常開機時，必須使毛氈輕輕壓在內襯紙上，否則容易造成內襯紙切口毛口、內襯紙免角、商標紙錯牙等質量缺陷；③調整潤滑毛氈支架必須停機操作，平均每次調整毛氈停機時長為8 s，因內襯紙潤滑毛氈加油造成的每臺設備每天停機時間約為420 s。

設計內襯紙自動潤滑系統，用于內襯紙的清潔潤滑，提高產品質量。此裝置主要由油壺、氣路、油路、電磁閥、氣缸、PLC 等組成，采用煙包計數法，周期性向毛氈注油。設備運行時，毛氈接觸內襯紙；停機時，毛氈脫離內襯紙，避免長時間停機時內襯紙被浸透，造成“油煙”。

1 系統組成和工作原理

1.1 系統組成結構

圖1 是煙用內襯紙自動潤滑系統組成結構圖，系統由1 個PLC 控制器、1 個儲油壺、2 個兩位兩通油路電磁控制閥、2 個兩位五通氣路電磁控制閥、1 個煙包計數傳感器、2 個氣缸及安裝支架及2 個涂抹裝置（毛氈）組成。卷煙包裝機分左右兩路紙盤供應內襯紙，一路使用一路備用，因此PLC 控制器接入設備的紙盤工作信號，同時接入的還有設備啟停信號。

1.2 系統工作原理

圖1 系統組成結構

（1）自動給油原理。利用煙包計數傳感器采集煙包數量，并將采集到的煙包數量信息輸送給PLC 控制器，再利用控制器累計輸入的煙包數量，當累計的煙包數量達到預設煙包數量時，控制器驅動油路電磁閥打開，儲油壺中油脂在自身重力的推動下進入涂抹裝置。當出現設備停機或者切換內襯紙時，PLC 控制器可以實現斷點自動保存，直至重新使用該側內襯紙。潤滑油在涂抹裝置中浸潤分散，每次涂抹在內襯紙上的油量均可通過設置油路通斷時間設定，從而克服了現有技術中人工涂抹油脂隨意性較強、油脂涂抹不均勻、影響產品的包裝質量的穩定性的缺陷。此外，還降低了機臺操作人員的勞動強度。

（2）毛氈動作原理。以左側毛氈動作為例，當PLC 控制器接收到左側供紙驅動信號和設備啟動信號時，PLC 控制器根據預定數值延時發出信號，兩位五通電磁換向閥接通氣缸彈出氣路，左側毛氈氣缸動作，控制左側毛氈靠向左側內襯紙。當設備出現停機信號時，兩位五通電磁換向閥接通氣缸縮回氣路，左側氣缸瞬間縮回，左側毛氈離開左側內襯紙。這樣很大程度上避免了“油漬煙”和內襯紙無潤滑現象的發生。

2 各功能模塊設計

2.1 自動給油模塊

油路設計的關鍵就是向毛氈注入油液的多少。根據查詢相關公式和計算，只要改變流體流動的時間，就可以改變流體流過單位面積的質量，同時流過電磁閥前后的流體質量是不變的。通過以上分析可知，只需改變PLC 控制油路電磁閥開閉的時間，就可以改變供油量。為得到電磁閥最佳注油時間進行模擬實驗，采用線箔鋁紙，在設備正常運轉情況下，利用油壺和PU 管直接向毛氈注油，并對煙包計數，檢查煙包內襯紙潤滑效果和是否有油煙。試驗結果如表1 所示，經過質檢人員對試驗結果確認，認為每正常生產500 包煙包時，注油5 s 最為合適，既不會使電磁閥頻繁動作降低其使用壽命，又能保證潤滑效果較好且沒有油煙質量風險。

表1 注油梯度試驗統計

2.2 毛氈動作模塊

《卷煙包裝工專業知識》及《ZB25 包裝機組作業指導書》中對各部位壓縮空氣所用壓力值有明確要求，其中“氣源壓力要求0.6 MPa，工作壓力0.5 MPa，商標紙及封簽加膠氣缸壓力標準范圍≥0.5 MPa”。氣路主要為氣缸的抬起、壓下動作提供動力，包裝機的壓縮空氣壓力值能夠滿足要求。為與電磁閥接口適配，選用的是6 mm×4 mm 藍色PU 高壓軟管作為氣線管路。按照就近原則，氣源接口選擇商標紙加膠氣缸。

機器啟動時，PLC 給工作側鋁紙毛氈電磁閥發出信號，電磁閥動作，打開氣路使氣缸帶動毛氈接觸內襯紙，均勻潤滑內襯紙。停機時，PLC 發出指令電磁閥切換氣路，氣缸縮回，毛氈抬起離開內襯紙。同時考慮增加2 s 的延時功能，這種延時方式一方面是為了避免雙線圈電磁閥長時間帶電，而影響電磁閥壽命，另一方面，將延時控制在2 s 內，防止操作者頻繁按動啟停按鈕而導致氣缸轉位混亂。

3 系統控制軟件設計

卷煙包裝機內襯紙自動涂油控制系統中煙包計數、電磁閥輸出控制、毛氈動作都是通過系統軟件自動實現的，軟件運用PLC 樹形圖語言編程，實現各功能模塊，它主要包括4 部分：系統主程序、毛氈子程序、中斷子程序、給油子程序。主程序的功能主要包括初始化、系統自檢、中斷設置等，主程序處于循環狀態[2]。整個系統軟件主要完成鋁紙驅動側的判斷、涂油參數的設置、煙包計數和向電磁閥發送狀態命令等。PLC 程序如圖2 所示。

4 系統實際使用效果

系統安裝調試完成后，對包裝機內襯紙自動潤滑裝置使用情況進行1 個月的跟蹤統計。統計數據表明，該系統使內襯紙組件實現了潤滑加油不停機，只是設備切換紙時的慢速啟動，加油停機時間由平均8 s/次降低到3 s/次。

正常生產時，每班需更換16 個內襯紙，每個內襯紙需加注潤滑油1 次。使用內襯紙自動潤滑裝置后，每臺設備每年可提前生產產量102.6 箱，加注一次潤滑油提高的效率167%。

5 結束語

圖2 PLC 程序

此次內襯紙自動潤滑系統設計與現有技術相比具有的優點和效果。采用煙包計數法周期性向毛氈自動注油，且油量大小可調節，確保了供油的均勻性，降低了操作工的勞動強度，提高了生產效率；內襯紙潤滑均勻，小包煙盒包裝平整，避免了小盒煙包裝過程中的內襯紙折邊、折角易爛的問題，提高了小包煙盒的包裝質量；采集開、停機同步信號，確保開機時毛氈接觸內襯紙，停機時毛氈脫離內襯紙，消除了因停機時間稍長而導致的潤滑油浸透內襯紙產生“油煙”的隱患。實際應用表明：系統的使用解決了內襯紙潤滑效果不好、“油煙”質量隱患，減輕了操作工的勞動強度，提高設備運行效率。此裝置根據煙包數量對內襯紙進行潤滑，可根據實際快速調整煙包數量參數，具有一定的推廣價值。