YF17儲煙器輔助控制裝置設計

李 乾，陳忠祥，楊貴云，呂獻周，歐陽哲，賞文凡

（紅云紅河（煙草）集團會澤卷煙廠，云南 曲靖 655000）

0 引言

現有YF17型卷煙儲存輸送系統將卷接機組生產的卷煙整齊、平穩、完好無損地輸送到包裝機組上，并根據卷接機組和包裝機組的工作情況對卷煙輸送流量進行控制和調節，使卷接機組與包裝機組協調匹配，達到最佳工作狀態[1]。

1 設備存在問題

設備在實際運行過程中，當包裝機運行速度與煙機速度時候不匹配的時候，弧形控制板會隨著高位輸送器末端與下降裝置前端通道內煙支束高度進行轉動，控制系統檢測弧形板轉動軸轉動幅度，會運行存儲器旋轉匹配速度，現有的牽引座與儲煙器內壁利用磁鐵保持一定的吸附作用，牽引座上部利用彈簧控制擋板的垂直方向的移動，當儲煙器螺旋轉動，牽引座從起始點，在斜坡段上下皮帶夾持下開始移動，煙支與牽引座保持接觸，避免煙支零散在儲煙器內。當弧形板逆時針轉動到某個極限位置時候，儲煙器牽引座在斜向通道起點位置時候，說明卷煙機供煙速度低于包裝機運行速度，儲煙器無煙支補償功能，包裝機會停止運行，等待牽引座移動到指定位置后，包裝機才能復位運行，否則下降裝置垂直通道會因為儲煙器無法補充卷煙機與包裝機速度差值的煙支，高位輸送器水平方向的煙支轉向下降裝置垂直方向時候，煙支在轉向過程中無法滿足垂直通道寬度煙支束要求，煙支凌亂分布在垂直通道內，大約有1.5斤的煙支需要進行回收。當儲煙器弧形板順時針轉動到某個極限位置，說明包裝機運行速度低于卷煙機運行速度，儲煙器不能及時將卷煙機生產的多余煙支進行儲存，為防止煙支在輸送通道內發生擠壓變形，儲煙器會停機，引發卷煙機、包裝機停機等待處理，需要手動復位運行。否則，煙支從斜向通道堵塞點到高位輸送器，甚至到提升器部分通道都擠滿煙支，無間隙空間，煙支之間相互擠壓，煙支卷煙紙表面產生皺紋、煙支彎曲變形，需要操作人員將堵塞段的煙支約2.5斤，取出進行煙絲回收操作。堵塞將增加工程塑料鏈板之間的拉力，頻繁的堵塞將影響工程塑料鏈板的設計使用壽命，產生斷裂的風險。如果是在正常生產期間，將耗費大約1.5h進行拆卸安裝調試，將嚴重影響設備效率，影響著機組標桿機臺、進步機臺的排名，同時也增加車間的設備零部件維修成本。

目前儲煙器主要存在三個問題，需要包裝機、卷煙機停止運行，操作人員站在一定高度的階梯凳上操作，并對散落地面的煙支進行清理。

首先當存儲器牽引座斜坡與擋板之間夾有煙支時候，牽引座與上下輸送皮帶之間的壓力增加，將牽引座卡堵在上下皮帶之間，如果卷煙機繼續運行往儲煙器通道輸送煙支，煙支束會頂起弧形控制板轉動到達極限位置上，此時儲煙機、卷煙機、包裝機都應將停止運行，可是在儲煙器運行過程中，會出現煙支全部堵塞在高位輸送器中，卷煙機并沒有進行停機情況。修理人員對弧形控制板控制轉軸進行高極限位置檢測調整，頻次比較高，需要操作人員多關注儲煙器運行情況。

其次，當卷煙機運行速度低于包裝機運行速度，牽引座未回斜向通道起點位置，卡堵在斜向通道上下皮帶的出口處的位置，斜坡通道的煙支會繼續在皮帶的輸送下繼續往垂直輸送通道運動，直到儲煙器無法補償煙支時候，此時煙支從高位輸送器水平方向轉為下降裝置垂直輸送時候，煙支都會混亂堆積在下煙通道內，直到報“下煙通道堵塞”造成包裝機停機，這需要操作人員清理輸送通道內的煙支，并重新將高位輸送器水平的煙支人工引入到下降裝置垂直輸送通道內。

最后，當操作人員未將“排空”按鈕復位，弧形板最低位置信號將被屏蔽，牽引座即使在儲煙器斜向通道起點位置，儲煙器將停機螺旋轉動，卷煙機速度低于包裝機速度，將發生高位輸送器水平輸送的煙支直接傾瀉在下降裝置垂直輸送通道內，煙支排列凌亂，直到包裝機因為“下煙通道堵塞”停機。

因此，如果避免牽引座卡堵在斜向通道內，在弧形控制板極限位置能及時停機，對人工誤按“排空”按鈕防差錯識別是提升效率效率關鍵因素。

2 儲煙器輔助控制裝置設計

2.1 文獻綜述

孫漢、楊小亮利用伺服系統、分布式I/O、PROFIBUSDP總線等重新設計YF17A儲煙器電氣控制系統，可以滿足包裝機更換輔料、短暫故障處理等儲備煙支并起到緩沖作用[2]，但是從新設計電氣控制系統，需要進行系統結構框架、硬件配置、程序流程邏輯控制等大量設計、安裝、調試工作，對于卷煙制造企業來說成本較高。李文偉等人針對YF17卷煙儲備輸送系統輸送過程需要人工扶持下落問題，設計了卷煙儲存器輸送系統輔助裝置，降低人工引導煙流動帶來的安全隱患，減少煙支消耗數量，但是不能從根本上解決輸送通道卡堵與垂直煙支凌亂問題[3]。張嶸等利用上導輪、下導輪、電機、皮帶解決在主煙道與副煙道匯合處，煙支在副煙道口堵塞、傾斜情況的發生，但是對短支煙效果比較好，對常規煙效果作用不大[4]，殷斌利用扭矩監測模塊、數據處理模塊、控制輸出模塊對儲煙器設備主傳動的扭矩值進行監測，當其扭矩值異常時發出預警，可以將儲煙器主動過載故障的發生概率降低為0[5]，但是僅僅是解決堵塞問題，可能引起包裝機與卷煙機停機次數頻發，需要操作人員對引起堵塞的點進行檢查。

2.2 方案設計

2.2.1 牽引座結構改機

（1）彈簧板改進結構。將牽引座斜向部位高度降低10mm，利用螺紋連接將U型彈簧片一側安裝在牽引座前端，彈簧片的底部與牽引座斜向通道頂部線重合并與牽引座上端面垂直，U型彈簧片另一側為斜向平面，左側最低點與上皮帶為4mm間隙，末端最高點與上皮帶距離為0.5mm，并于擋板保持1mm的間隙，這樣盡量避免有煙支落在現有牽引座擋板前間隙位置引發的牽引座堵塞現象。

（2）長度改進結構。修改現有牽引座的外觀尺寸，保持斜坡與水平面的角度不變，將牽引座前部上端面與斜向通道上皮帶距離10mm增高變為4mm，斜坡段與上端面的交線與擋板距離為1mm，這樣直接去掉煙支擠入牽引座前面10mm的空隙段內。

（3）高度改進結構。保持現有斜坡角度，將牽引座前部上端面與斜向通道上皮帶距離10mm增高變為4mm，其余結構不變，這樣可以減少煙支進入空隙段的概率。

上述三種改進結構，模擬20次牽引座在斜向通道往復移動實驗中，彈簧板進機構、長度改進結構、高度改進結構、現有機構從斜向通道起始點到存儲器、存儲器到斜向通道起始點停機次數：0，1；0，12；0，2；8，11；彈簧改進結構停機原因為一只變形煙支堵塞歪斜在斜向通道末端處，迫使牽引座無法進入斜向通道，長度改進結構停機主要原因為牽引座前段太短，皮帶對其摩擦力不足以迫使擋板克服彈簧阻力往下移動；高度改進結構停機原因為存儲器到斜向通道末端通道有弧度變化，牽引座上面有破煙支屑、濾嘴棒等都會影響牽引座進入斜向通道。現有結構如果人工干預，比如人工拽拉牽引座強行拖動或者提前清理牽引座擋板前上端面的煙支，可以降低設備停機頻次。因此采用彈簧板改進結構可以更好的降低設備停機頻次，不需要人為干預牽引座進出斜向通道。

2.2.2 弧形板煙支料位高低檢測

有兄弟單位在弧形控制板高極限位置安裝電容接近開關，在高電平持續一定時間后調用YF17儲煙器停機程序，避免原有檢測系統失靈情況出現，能保護煙支不會因為通道煙支擠壓變形，但是因為空間結構問題，無法對弧形板低限位置安祖行電容傳感器進行檢測；在弧形控制板控制軸周圍安裝兩個漫反射光纖傳感器，對應著弧形板最高限與最低限位置，這種控制方式比較精確，但是傳感器位置無法進行調整，需要根據反光量調節放大器的閥值；利用弧形板下面護煙皮帶配重塊在垂直方向的移動軌跡，可以安裝兩個電感傳感器，位置可調，安裝簡單。因此采用電感傳感器對弧形板極限位置進行檢測。

2.2.3 高位輸送器料位高低檢測

高位輸送器料位高低檢測可采用三種方式：選擇聚光型激光位移開關，垂直安裝在高位輸送器輸送通道上方，產生2mm的光斑。通過兩個檢測器位置配合，調節檢測范圍，對高位輸送器水平方向移動的煙支束高度進行識別，這種控制方式能更好檢測出煙支束是否在正常范圍內波動，但是成本較高，傳感器檢測探頭清理比較麻煩；選擇超聲波傳感器，通過設定超聲波檢測距離標準值，通過公式將傳感器輸出電流與PLC采集的模擬數建立關系[7]，進而可以知道煙支束具體的高度值。雖然可以用一個超聲波傳感器檢測煙支波動范圍，但煙支束高度不是一個水平面，這種檢測方式精度不高，需要計算具體的數值，不建議采用；選擇漫反射光電接近開關，在高位輸送器輸送通道靠近煙支被點燃端擋板用有機透明紙玻璃替換，安裝兩個漫反射光電接近開關，探頭垂直對著煙支水平移動方向，對通道內煙支束有無進行檢測，雖然檢測精度無法跟激光位移開關相比，但是成本低廉，安裝調試比較方便。

2.2.4 輔助控制裝置設計

該YF17儲煙器輔助控制裝置，主要由控制器PLC300、彈簧片、光電檢測器、電感式傳感器、L支架、螺栓、螺母、按鈕組成，見圖1，借助現有YJ17儲煙器的檢測信號：排空按鈕信號S2、牽引座起點位置電感接近開關B32、復位按鈕信號S23、停機繼電器程序K1，增加裝置啟停按鈕S1、光電檢測開關B1、光電檢測開關B4、煙支料位高電感檢測B2、煙支料位低電感檢測B3、蜂鳴器H1、牽引座彈簧片。其中L型支架上部用螺栓固定在儲煙器護煙皮帶末端配重塊垂直移動的通道內，電感式接近傳感器B2、電感式接近傳感器B3分別通過兩個螺母夾持固定安裝在L型支架腰型孔上部、下部，并與配重移動軌跡保持6mm距離，對應著弧形控制板轉動到極限最高位置、最低位置。啟停按鈕是安裝在儲煙器人工控制面板內備用的位置上；光電檢測器B1、光電檢測器B4對著在高位輸送通道兩個透明板，兩個孔中心距在同一垂直線上，距離下降裝置垂直下煙通道400mm，分別高處正常煙道35mm，低于正常煙道40mm。

圖1 輔助控制系統框架組成圖

當啟停按鈕S1被按下，PLC300控制器不做任何輸出，此時儲煙器原機控制系統不在受此套輔助控制檢測裝置影響。

當啟停按鈕S1未被按下，按照下面的邏輯關系控制儲煙器是否停機。

當“排空”按鈕S2被按下，電感傳感器B32檢測到牽引座在斜向通道起點位置、光電檢測器B4檢測輸送通道內的無煙支堆積，說明機組要進行交班排空通道的煙支操作，煙支料位高電感檢測B2、煙支料位低電感檢測B3檢測到護煙皮帶配重到達極限位置，控制器不做任何輸出。

當“排空”按鈕S2被按下，電感傳感器B32未檢測到牽引座或光電檢測器B4檢測輸送通道內堆積的煙支，煙支料位高電感檢測B2持續3秒輸出高電平或煙支料位低電感檢測B3輸出高電平信號，控制器調用K1儲煙器停機程序，引發卷煙機、包裝機停機，蜂鳴器報警，需要操作人員按下控制面板上的復位按鈕，報警器停止工作。說明操作人員誤將“排空”按鈕S2按下或者牽引座卡堵在某個位置。

當“排空”按鈕S2未被按下，控制器PLC300采集煙支料位高電感檢測B2或煙支料位高電感檢測B3或當光電檢測器B1輸入信號，不再采集電感傳感器B32信號，煙支料位高電感檢測B2輸出高電平信號持續3秒或煙支料位低電感檢測B3輸出低電平信號，或者光電檢測器B1檢測到輸送通道內煙支堆積高度持續超過設定極限高度3s，控制器調用儲煙柜停機程序，蜂鳴器報警，說明牽引座卡堵在某個位置引發的煙支輸送通道的煙支即將擠壓或者卷煙機速度低于包裝機的速度，見圖2。

圖2 光電檢測安裝位置示意圖

3 結束語

該套輔助控制裝置降低牽引座卡堵引發煙支輸送通道堵塞產生的皺紋煙支和下降裝置垂直通道的煙支凌亂分布出現的頻次，減少機組等待處理時間、機組廢煙重量，提升設備運行效率。