烟草包装机械自动化新发展

本刊记者/宋慧欣

烟草机械技术的先进程度，在很大程度上决定着烟草工业的生产组织、生产规模、生产方式、能源和原辅材料消耗等，因而影响烟草工业的产品水平、质量、品种、效益以及更新换代周期，对烟草工业的发展起促进作用，是烟草工业生产的基础工业，它的技术水平是衡量烟草工业生产现代化程度的重要指标之一。烟草包装机械是卷烟包装的专用生产设备。近年来，随着对烟草产品品质要求的提高，烟草包装机械也得到了长足的发展，并向自动化、信息化、智能化和机电一体化方向发展。本期专题策划本刊记者对话中国烟草总公司职工进修学院首席培训师王德吉探讨烟草包装机械自动化技术的新发展、烟草包装机械未来所面临的挑战以及给自动化技术带来的机遇。

1 我国烟草行业当前所应用包装机械的整体情况如何？

我国烟草行业目前应用的包装机械品种较多。600包/分以上的超高速机组主要是进口产品，包括意大利GD公司的H1000型、S1000型、W1000型；德国FOCKE公司的F8；这些机组生产速度均达到1000包/分。600包/分以下的高中速机组主要包括：进口设备主要有GD公司的GDX1/X2, FOCKE公司的FOCKE350，德国慕斯门公司的B1等。

国产主流机型是上海烟机公司引进意大利GD公司的GDX1/X2技术生产的ZB25B45包装机。近几年，又引进消化意大利公司的XCC600PACK-OW生产制造了ZB47包装机，目前正引进德国FOCKE公司的FC800生产ZB48包装机，生产能力为每分钟800包。ZB45(硬盒)和ZB25（软盒）在国内卷烟厂占据主导地位。

2 当前我国烟草包装机械技术目前发展现状？主要应用的自动化技术？

我国的烟草包装机械主要是上海烟机公司生产制造。自1988年以来引进、消化、吸收了意大利GD和德国FOCKE等公司的包装机组技术，缩短了与国外先进水平的差距，总体技术水平进步很快，现在能够为各卷烟厂提供400包/分的ZB45硬盒包装机组和ZB25软盒包装机组。以上两种机型基本是引进GDX2/X1技术进行生产的，控制核心为MICRO Ⅱ系统。它与较早的FZ控制系统比较，具有以下优点：具有高可靠性；配套齐全，通用性强；功能完善、实时性好，友好的人机界面；系统智能化；控制软件功能强。从而提高了模块和硬件灵活配置的可能性，增加了设备的自诊断功能，加快了控制器运行速度。但随着工艺的提升，速度的提高以及信息化发展的需求，机器可靠性方面和控制系统显得相对落后，因此又引进生产了ZB47和ZB48两种机型。其中ZB47型硬盒包装机组是引进意大利GD公司XC/C600/PACK-OW包装机组技术生产的，机组额定产量为550包/分，2006年5月通过国家烟草专卖局技术鉴定。ZB47采用了交、直流伺服技术去掉了大部分的齿轮机构，简化了机械结构，产品的技术性能、功能和水平都有很大升级。机组电气的核心-MICRO Ⅱ系统与PROFIBUS、PROFINET总线技术结合应用，并对人机界面提升优化，满足高效、多功能、可靠、智能等要求。ZB48型硬盒硬条包装机组是2009年9月引进德国FOCKE公司的FC800包装机组技术生产，额定包装速度800包/分。国内对于超高速包装机组的研制刚刚起步，与国外存在一定的差距。ZB48包装机额定生产能力为800包/分，控制核心为德国倍福的 IPC技术即嵌入式工业控制计算机技术，通过工业以太网控制整个机组，大量采用Elau伺服电机简化了机械结构，物料的检测普遍广泛采用视觉检测装置。IPC控制具有计算速度快、控制精度高、灵活多变、易于维护等优势。

综上所述，ZB45、ZB25在整机电控系统方面，仍然以GD公司早期自行开发的专用MICROII平台，以及专用电路板组成，相对于传统PLC具有较强可靠性，智能性。随着微电子技术发展，高性能PLC和IPC的出现，MICRO-II显得通用性差，技术水平相对落后。ZB45、ZB25系统采用专有的总线结构，不利于系统扩展和数据采集，不符合各烟厂信息化建设的要求。在传动系统方面，还有很多采用直流变频和直流伺服技术，由于直流变频和直流伺服技术难度大、使用维护成本高昂，逐渐失去应用市场。取而代之的是采用交流变频技术、交流伺服技术来控制电机运转。自上世纪末以来，国内开始有厂家在卷烟厂进行GD系列的包装机电控系统技术改造，主要采用了西门子PLC。2009年以来少数厂家采用倍福公司的IPC技术进行了主控系统的改造。在局部或专项改造方面，国内不少厂家开发了包装质量在线检测装置如小包成像检测、条包成像检测、缺盒检测等。这些改进对提高卷烟包装质量起到了积极的推进作用。但以上装置均采用外挂形式，与主控系统不能有机地融合为一体，不利于检测与维修和生产数据的采集和统计。

3 当前我国烟草包装机械行业与国外发达地区相比，在自动化技术应用方面还存在哪些差距？

目前，国外主要烟草包装机械厂家在机组电控系统方面，已经选用德国倍福公司的IPC技术，如德国的FOCKE FX系列包装机。同我国普遍使用的FZ、MICRO-II、PLC技术相比，IPC系统的平台更开放，处理速度更快（最快处理周期可以达到50微秒）。应用IPC技术，在一个处理周期内就能将任务处理完，不需使用中断处理，从而提高了系统的稳定性。

另外，国外最新推出的包装设备，已经将在线质量检测系统融入了设备总体设计中，与主机机械结构和主电控系统浑然一体，从而提高了系统的稳定性和可维护性。

总之，国内烟草包装机械无论在包装速度、主控系统平台、各专项系统与主控系统融合上，均存在较大的差距。

4 烟草包装机械在节能、环保、安全方面未来的发展重点？

节能主要是从工业活动前端提升能源和资源的有效利用率，从源头减少能源的消耗；环保更多是后端处理，对工业活动日常产生的污染物进行处理后，然后排放到自然环境中。

在包装机械节能方面，随着电子齿轮伺服系统、能源综合管理等新技术的出现与成熟，在机械传动能量损失、加热器等大功率器件无用功率的降低上，将是包装机械节能的首要突破发展重点。

环保方面，大范围采用电子齿轮伺服传动技术，减少以往因齿轮咬合传动产生的噪音、减少粉尘、降低能耗。

安全方面，提高设备自动化、智能化和信息化程度，尽可能的减少操作人员干预、严格执行操作规范等都是安全生产的发展方向和必要手段。

5 当前，我国烟草包装机械行业发展面临着哪些挑战？行业的未来发展对于自动化技术提出了哪些新的需求？

当前，我国烟草包装机械行业发展面临着以下挑战和需求：

在用设备的改造。随着改造以满足工业化与信息化融合的需要。我国烟草包装机械存在机型及品牌较多、电控系统新技术的应用参差不齐，老的设备存在生产效率低下、维护成本高、系统开放性差等问题。针对这些陈旧设备的升级改造也势在必行，是维持当前的高维护费用的支出还是升级改造的高投入，让每个卷烟厂都适时的找到这个平衡点还是有不小的挑战。

传统技术的改进。随着市场多样化的需要，需要小品种多规格的卷烟，因此ZB45、ZB25现有技术必须不断改进。如包装机组上7-6-7形式上发展7-7-6或19支、25支等多种包装形式，以适应市场需要。

新技术的研发。随着技术的发展和行业的要求，包装设备正沿着数字化、微型化、个性化、交互式、移动式、集成式、网络化、智能化的方向发展。将来包装设备更新换代的主要特点：采用统一的工控平台，使用先进的智能传感器和伺服驱动技术，提高机组控制及产品检测水平。大量移植采用民用和军用工业的各种现代化高精度技术 、电子技术、微电子技术、边缘技术 、模糊技术，加速提高包装设备和生产线的可靠性、安全性、无人作业性等自动化水平 。包装机械的集成化、智能化、网络化、柔性化将成为未来发展的主流。

6 对于未来烟草包装机械的发展趋势，您有何见解？

更高的包装质量：这是卷烟包装设备变革的前提。

更高的包装速度：这仍是卷烟包装设备追求的目标之一。

更高的灵活性：在尽可能少更换零件的条件下，可以包装不同规格或数量的烟支，可以各种不同的包装材料，可以达到软盒、硬盒形式的快速改变，以适应日益变幻的市场需要。

更高的可靠性和稳定性：牵涉到设计的合理性、零件材料的选用、零部件加工精度和装配质量等相关因素。

便于维修：所有先进设备都十分注重这一方面。

优良的人类工程学：它运用人体测量学、生理学、心理学和生物学等研究手段和方法，综合的对人体结构、功能、心理及力学等问题进研究，所设计的机械、仪器和控制装置能使操作者发挥最大的效能。

网络技术的应用：生产指挥系统与包装设备的直接相连；调试期间的远距离监控指挥；远距离服务；通过包装设备在线与零件供应商咨询联络。

此外，原辅材料集中供应、虚拟制造与数字工厂都是包括包装设备在内的烟草行业的必然发展趋势。

要做到这些要求，必须要机械和电气高度配合，才能设计出完美的产品。

在机械加工方面，利用计算机CAD/CAPP/CAM等设计技术，辅以精密成型技术和数控精密加工装备，制造出精密凸轮、齿轮、异型件等，提高机组的稳定性、易用性。

电气设计方面，在国家“统一工控平台”指导思想指引下，我国未来烟草包装机械电控系统，将以IPC作为主导系统控制平台，辅以智能传感及伺服驱动技术、先进总线技术等，提高整个机组的速度、高度智能化、高质量和高可靠性。IPC技术的使用，一定能够使我国烟草包装机械控制水平得到很大的提高。

总的看来，在今后相当长时间内，世界卷烟包装机械仍将向高速(将采用双路包装技术)、高生产效率、便于操作和维修保养、高灵活性、产品质量好且稳定以及全自动化方向发展，同时，其噪音和安全性将得到改善，也将利用计算机技术对生产资料和数据进行管理与整个卷烟厂的主计算机系统相联，以便更有效地对全厂的生产进行科学管理。