一種帶計量裝置的煙草喂絲機

簡著名，胥國芳，陳 亮，程 敏，余佑輝，林 強

（湖北中煙工業有限責任公司，湖北武漢 430040）

0 引言

喂絲機是煙草行業卷煙制絲線上的一種重要主機設備。在制絲生產線，經多項工序加工的成品煙絲一部分進入儲絲柜中儲存，另一部分裝入箱子進入煙絲高架庫中儲存，根據卷包車間的生產計劃進行供絲。喂絲機是制絲車間的末端設備，成品煙絲通過輸送機落入喂絲機進料口的喂料倉，煙絲隨底帶運行至出料口，經負壓風送裝置風送至卷包機。由于煙草喂絲機對煙絲的流量無法測量，目前只能參考儲絲柜的柜存信息判斷經喂絲機風送煙絲的大概重量，儲絲柜與喂絲機之間的煙絲損耗也無法計算。本文介紹一種煙草喂絲機的計量裝置，利用脈沖計數旋轉編碼器，在喂絲機有煙絲流量并且底帶開始送料時進行計數。通過多次煙絲數據的測試和完善PLC 的程序，可剔除干擾數據，精確計算出通過喂絲機的煙絲重量。

1 喂絲機的使用

目前，煙草行業制絲線使用的喂絲機主要有旋轉擺頭式、篩分振盤式和新型柔性喂絲機等。旋轉擺頭式主要存在的問題有：設備運行時松絲輥對煙絲的造碎比較大；擺動機構和松絲機構均單獨采用電機驅動，結構復雜，增加耗能；松絲輥撥料時與下料腔體容易積料，造成堵塞；篩分振盤在生產過程中由于不停的振動，會造成煙絲分層，卷包出來的煙支內部結構不合理，而且多個機臺同時生產時，振盤對煙絲的分配不均勻，卷包機臺對煙絲的需求得不到滿足等。另外，送絲易堵料、維護不方便也是篩分振盤結構的缺點。

2018 年，武漢卷煙廠異地技改完成后，統一使用新型柔性喂絲機。與其他喂絲機相比，新型柔性喂絲機有以下4 個優點：

（1）實現柔性送絲，降低煙絲造碎率。

（2）設備結構簡單合理、故障率低、維修維護方便。

（3）生產效率高，可根據現場實現一臺喂絲機達到6 管或8 管供絲的能力。一臺喂絲機分為左右兩個喂料倉，煙絲經皮帶輸送機進入喂料倉內，在翻板的作用下可實現左右兩個喂料倉單獨進料。喂料倉內的煙絲始終處于滿料狀態，每個喂料倉可供3～4 個風管供絲。

（4）避免煙絲分層，提高柔性加工水平，保證成品煙絲的供絲質量。該喂絲機供料根據卷煙機臺的實時生產供絲，當喂絲機內的負壓開關檢測到卷煙機臺的要料信號時，喂絲機的底帶和撥輥運行供料，負壓檢測信號消失喂絲機立即停止供料，這樣就不會出現煙絲滯留現象，進而提高煙絲供料的質量。

2 使用中遇到的問題

新型柔性喂絲機結構合理，使用方便，可滿足喂絲的需求。但是現有的喂絲機均無計量裝置，無法準確統計煙絲的使用量。成品煙絲通過輸送機落入喂絲機進料口的喂料倉，煙絲隨底帶運行至出料口，經負壓風送裝置風送至卷包機。煙草喂絲機僅僅是一臺煙絲風送設備，對煙絲的流量無法測量。目前，只能參考儲絲柜的柜存信息判斷經喂絲機風送煙絲的重量，而儲絲柜的柜存重量是由加香工序前電子秤稱重的重量傳輸過來，在加香生產工序中需要在加香筒內加入香料，物料進入加香筒前還會在振槽上將煙絲灰篩選出來，這些工序都會直接影響成品煙絲的總重量。

另外，從加香工序進儲絲柜、儲絲柜到喂絲機這兩段路徑較長，煙絲在皮帶輸送機上運行時的損耗及堵料等不確定因素較多，此過程中的煙絲損耗也無法計算。因此，無法準確統計出經過喂絲機風送至卷包機的煙絲重量。

3 旋轉編碼器計量裝置的應用

3.1 計量裝置選型

武漢卷煙廠使用的稱重計量裝置主要是皮帶電子秤，皮帶電子秤可動態稱重，無需對質量細分或中斷輸送帶的運動，也可以對散的煙草制品進行連續稱重。經過調試設定后的皮帶電子秤，精確度高，不僅可以準確測量出通過皮帶電子秤的物料，而且還可以通過設置皮帶電子秤的流量來控制煙草制品的均勻供料，大幅提高成品煙絲的生產質量。

但皮帶電子秤的體積較大，長時間運行易造成皮帶跑偏，需要專人定期維護。而新型柔性喂絲機是結構簡單、便于維修維護的設備，其周邊空間有限，不能滿足安裝體積大的稱重計量設備。另外，新型柔性喂絲機是將成品煙絲通過輸送機落入喂絲機進料口的喂料倉中暫存，等待卷接設備有要料信號時，煙絲隨底帶運行至出料口，經負壓風送裝置風送至卷包機，對煙絲流量的控制要求并不高，所以此位置適合選擇一種重量輕、體積小、穩定性強、準確度高的煙絲計量裝置。

3.2 旋轉編碼器

旋轉編碼器是集光機電技術于一體的速度、位移傳感器通常用來測量轉速、并可配合PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調制）技術可以實現快速調速。可將輸出軸的角速度等機械量轉換成相應的電脈沖，然后以數字量輸出。當旋轉編碼器軸帶動光柵盤旋轉時，發光元件發出的光被光柵盤狹縫切割成斷續光線，并被接收元件接收產生初始信號。該信號經后續電路處理后，輸出脈沖信號。

旋轉編碼器可分為有軸型和軸套型，可直接安裝在現有設備的旋轉軸上，使用方便，具有體積小、重量輕、品種多、功能全、力矩小、耗能低、穩定性強、壽命長等特點。

3.3 旋轉編碼器計量裝置的應用

本喂絲機采用軸套型旋轉編碼器，將旋轉編碼器直接安裝固定在現有的傳動軸上，由軸帶動編碼器同步旋轉，可提高計數的準確性。由圖1 可看出，新型柔性喂絲機是一臺結構簡單合理的設備，應用方便、設備故障率低。

圖1 煙草喂絲機整體結構

在喂絲機運行過程中能夠滿足旋轉編碼器的使用條件，喂絲機在運行時，底帶傳動軸是將喂料倉中的煙絲送至出料口風送至卷包機，將旋轉編碼器安裝在底帶傳動軸上，則旋轉編碼器隨底帶傳動軸運動輸出的脈沖信號和煙絲流量就會產生聯系。

具體措施為：成品煙絲由皮帶輸送機送入喂絲機進料口，落入喂料倉；喂絲機啟動后，喂料倉底帶在電機的驅動下開始運行，將煙絲送入喂絲機出料口，煙絲在負壓的作用下風送至卷包機；旋轉編碼器安裝在底帶傳動軸上，軸套將旋轉編碼器鎖死在底帶傳動軸上，旋轉編碼器的電源線和信號線接入接線盒中，從接線盒連線接入PLC 反饋點；旋轉編碼器的外殼通過Z 形固定支架固定在軸承座上，軸承安裝在底帶傳動軸的軸承位，固定在軸承座里面。

喂料倉底帶運行將煙絲緩慢往前推送，當光電感應開關感應有煙絲通過時，產生輸入信號傳至PLC，旋轉編碼器隨著底帶傳動軸的運行開始產生脈沖信號，該信號直接輸入給PLC，PLC 的高速計數器對該脈沖信號進行計數并保存至DB（數據）塊中。PLC 內通過程序計算，將脈沖計數轉換為重量計數、得到煙絲重量。

3.4 數據的分析及應用

旋轉編碼器安裝在底帶傳動軸上，由光電感應開關來判斷底帶是否有煙絲，底帶轉動時，則會有煙絲落入出料口，旋轉編碼器同時輸出脈沖信號給PLC（圖2）。通過投入準確重量500 kg 的煙絲進行3 次測試，算出脈沖與煙絲重量的比例值，即將500 kg 的煙絲從進料口輸送至出料口，當光電開關感應到有煙絲流量進行風送時，編碼器隨著底帶傳動軸的轉動獲取脈沖計數輸出給PLC，根據這個脈沖計數和500 kg 的煙絲重量，來獲取煙絲重量和脈沖計數之間的線性關系，得到一個穩定的中間值（表1）。

表1 測試得出煙絲重量與脈沖的關系

圖2 旋轉編碼器接線示意

3 次測試的數據接近，取平均值0.073 66 kg/脈沖，可得出旋轉編碼器每獲取一個脈沖值對應的煙絲。將該中間值直接應用于PLC，通過程序計算將脈沖計數轉換為重量計數、得到煙絲的準確重量。

4 結論

經過優化設計并在PLC 內完善數據的處理，可以保證煙絲重量計數的準確性，與電子秤等機械稱重方式相比有以下優點：

（1）結構簡單，可直接安裝在原有設備的傳動軸上，不占用空間。喂絲機原本就是一臺體積較小的供絲設備，如果增加計量設備，空間不夠且與設備匹配度不高。而旋轉編碼器體積小、精確度高，結構簡單且便于安裝，安裝后也不會占用額外的空間。

（2）自動化程度高。旋轉編碼器利用PLC 的高速計數器進行實時計數，與傳統的稱重計量裝置相比具有快捷、及時、自動計數的特點。

（3）穩定性可靠，便于維護。旋轉編碼器隨著軸的旋轉開始計數工作，受到外界因素的干擾較少，在沒有外力影響的情況下使用壽命長，維護時只需要檢查接線端子是否緊固和連接處的螺絲是否松動即可。