ZJ17卷烟机平准器独立伺服驱动的改造方法

林拓?杨晓翔

摘 要：前国外厂家研发的最新的卷烟机在全国卷烟制造企业当中，广泛使用ZJ17卷接机组作为卷烟卷制环节的主力机型，该机型的卷制成形机其主传动系统中大量采用了皮带传动和齿轮传动。本文主要分析了ZJ17卷烟机平准器传动过程的缺陷，针对伺服独立驱动技术的特点，提出了在ZJ17卷烟机上应用独立伺服驱动技术替代原来齿轮传动模式的解决办法。

关键词：ZJ17；平准器；伺服驱动

ZJ17卷烟设备是中国烟草目前主要的卷烟生产设备，生产过程中，因烟丝里偶尔含有杂质，容易造成劈刀、传动齿形带以及传动箱内部的零部件损坏，修复设备造成的停机时间较长，且维修劳动强度高，维修后对设备的传动精度有影响。平准器是烟支重量控制系统的重要组成部分，直接关系到烟支的各项物理指标是否符合工艺要求。若要减少该设备的维修工作量且提高烟支重量、空头率等关键物理指标必须对平准器的传动方式进行改进。

1 平准器传动过程的缺陷

1. 平准器处于传动链的末端，主电机通过主传动齿轮箱、同步齿形带、吸丝传动齿轮箱传动平准器，传动路线长，涉及的零件多，当平准器因为烟丝杂质而卡死时，常常造成较大范围的机械损伤，维修时间长、强度高。

2. 齿轮、同步齿形带等零件磨损，直接影响平准器的运动精度、位置精度及运行平稳性，从而影响卷烟的产品质量。

3. 吸丝传动齿轮箱、平准器采用集中强制润滑，零件磨损、密封件老化等原因引起齿轮箱漏油，产品安全存在隐患。

4. 齿轮防过载能力差，若平准器卡到异物易引起吸丝传动齿轮箱、平准器中齿轮的损坏，维修时间长，工作强度大。

2 平整器伺服控制的总体思路

采用伺服系统替代原有的平整盘传动系统，取消带传动。改进思路主要解决四个问题：减少传动链特别是带传动；减少传动的漏油点；精确实现平整器与刀盘的同步运动；劈刀盘凹槽相对于刀盘切刀同步位置；实现平整器对重量的精确调整。

新型的平整器传动系统主要由伺服电机，伺服控制器，轴编码器，可视化操作屏以及电控软件程序等组成。工作原理如图1所示，轴编码器跟踪卷烟机主传动（主传动箱刀盘）的速度，由上位机设置劈刀盘凹槽相对于刀盘切刀同步性参数，而伺服控制器检测劈刀盘凹槽相对于刀盘切刀同步性，当两者同步性与上位机设置的参数位置出现偏差时，可通过其位置反馈于伺服电机，通过伺服电机实现对平整器速度的调整，使之与卷烟机主传动速度同步，从而实现平整器与卷烟机主传动的同步调节。

3 改进实施

3.1 确定电机安装位置

伺服独立驱动改造就是将原机传统的齿轮传动、带传动改为伺服电机独立驱动。因此需要通过分析上述原机传动路线图来确定伺服电机的安装位置和连接形式，并且要考虑改造后因润滑点的减少，造成原润滑系统各润滑定的压力和流量产生的变化。

3.1.1.取消原先的齿形带、张紧辊、齿形带轮Z=20或Z=16）、输入轴101和齿轮系（Z=20、Z=34和Z=20）。伺服电机通过法兰盘安装在供料成条机吸丝传动齿轮箱的前盖板上，伺服电机通过联轴器与平准器的传动轴103连接。

3.1.2.取消原先的齿形带、张紧辊、齿形带轮（Z=34）、输入轴109和齿轮系（Z=68、Z=68、Z=37和Z=51）。伺服电机通过法兰盘安装在供料成条机吸丝传动齿轮箱的后箱体上，伺服电机通过联轴器与吸丝成形的万向联轴节W1连接。

3.2 伺服控制器确定

伺服控制器（MDX61B）是整个系统运行的核心部件，它集成有IPOS定位和顺序控制系统，通过选用相关的扩展功能插件，除了相关标配的功能以外，此伺服控制器还具有“电子凸轮”和“内部同步”应用功能；在此改造系统中，主要利用伺服控制器的“内部同步”功能，结合对卷烟机平准器机械结构的分析，在卷烟机后身的第二道同步带轮处安装系统选用的绝对值编码器（AV1H），通过计算平准器和安装编码器处同步带轮齿数比，得到内部同步所需的电子齿轮比（平准器同步带轮齿数/安装编码器处齿数=20 / 40）；得到位置同步功能所需要的绝对位置比例关系（20/40）后，使用SEW自带的MOVITOOLS软件编辑自己所需要的逻辑关系，实现相应系统工作工艺与控制要求。

3.3. 电机控制信号采集

原机在平准器传动方面使用齿形带轮与同步皮带进行传动，因齿形带轮的齿数的不同，形成了机器在不同部位所需要的不同速度和一定的相位比例；使用伺服独立驱动难点就是要使得主机传动与平准器要保证一定的相位关系。

特引入同步伺服控制系统中“电子齿轮比”概念，通常机械传动是利用一定的齿数比实现定比传动，实现数控后，最大的变化就是直驱。电子齿轮比一般是利用旋转轴装配的角度编码器或旋转编码器的分度功能，使用数控或驱动装置中的计数功能，使两轴按一定比例旋转，这就是电子齿轮比。

使用“电子齿轮比”实现机械上一定传动比例关系就要使用相应的检测元器件（编码器），编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。

编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器PLC、控制系统等来处理。在ELTRA编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。读数系统是基于径向分度盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。此系统全部用一个红外光源垂直照射，这样光就把盘子上的图像投射到接收器表面上，该接收器覆盖着一层光栅，称为准直仪，它具有和光盘相同的窗口。接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化，然后将光变化转换成相应的电变化。一般地，旋转编码器也能得到一个速度信号，这个信号要反馈给变频器，从而调节变频器的输出数据。

按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的，只有错误的生产结果出现后才能知道。解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。

多圈绝对式编码器。编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。多圈编码器另一个优点是由于测量范围大，实际使用往往富裕较多，这样在安装时不必要费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简化了安装调试难度。多圈式绝对编码器在长度定位方面的优势明显，已经越来越多地应用于工控定位中。

通过对编码器相关概念的了解，综合原机平准器传动技术要求；通过实验验证发现，采用多圈绝对值编码器作为电机的速度与相位信号，能完全达到原机的同步带轮以带轮的齿数比实现相关控制要求。

参考文献

1 YJ17-YJ27卷烟机组/《YJ17-YJ27》编写组编.-北京：中国科学技术出版社.2001.8

2 德国HAUNI公司.PROTOS机械操作手册