GDX2（ZB45）包装机组电磁铁控制电路的设计与改进

田锐 岑天扬

摘 要：GDX2（ZB45）包装机组控制单元中的电磁铁易出现线圈过热损坏，影响设备正常运行，严重时可剔除装置或停止输送装置易发生动作不到位而导致设备其他部套件损坏。为此，特提出对电磁铁线圈得电时间实行计时控制的解决措施，为设备稳定、可靠运行提供有效保证，保证产品质量。

关键词：包装机组；电磁铁；涡电流；过热；剔除

中图分类号：TS43 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）11-0076-03

Abstract： The electromagnet in the control unit of the GDX2（ZB45） packing unit is prone to overheating and damaging the coil， which affects the normal operation of the equipment. When it is serious， the operation of each culling device or the stop conveying device is easy to fail in place， which results in the damage of other parts of the equipment. Therefore， the paper puts forward the solution to timing control of the electromagnet coil， which can provide effective guarantee for the stable and reliable operation of the equipment and guarantee the quality of the product.

Keywords： packaging unit； electromagnet； eddy current； overheating； elimination

1 概述

GDX2包装机组是意大利G·D公司生产的硬盒包装设备，生产速度400包/min，其以自动化程度高、质量稳定、运行可靠等优点在卷烟企业得到广泛应用。经技术引进后，现设备型号为ZB45包装机组。该系列机组有较为完善的质量检测和剔除系统，能在高速运行中对不合格烟包和辅料进行检测与剔除，但在生产中发现各剔除机构（2号轮内衬纸剔除装置、第14步商标纸剔除装置、框架纸停止输送控制装置以及3号轮、6号轮、8号轮）易发生故障，对设备运行和产品质量造成不利影響。而这些装置的执行动力主要来自于电磁铁得电后产生的磁力。由于电磁铁易发生线圈过热损坏，有时甚至会因剔除装置动作不到位而产生设备损坏，不能保证设备的正常有效稳定运行。为此，已有采用气动驱动装置代替电磁铁[1]的解决方法，其目的是提高电磁铁的运行可靠性。现阐述一种有效防止电磁铁出现线圈过热损坏的方法。

2 存在问题

该机组小包成型部分2号轮内衬纸剔除、商标纸输送通道第14步商标纸剔除、框架纸停止输送控制、3号轮烟包剔除、6号轮烟包剔除、8号轮处烟包剔除等均由交流电磁铁使各剔除连杆往复运动完成剔除动作（如图1所示）。其使能信号均由电控系统中对应的控制元器件提供，分别控制以上各部位对应的电磁铁驱动模块处于工作状态，若某部位出现的质量缺陷未被剔除，最终导致出现不同类型的质量缺陷产品。

2.1 2号轮内衬纸剔除装置

当GDX2（ZB45）包装机组组烟模盒中出现空头或缺支等缺陷烟支时，电控系统中15号板14脚输出一个高电平控制信号，电磁铁驱动模块V802处于工作状态，使内衬纸剔除装置的控制电磁铁线圈得电，对应组烟的内衬纸将在2号轮内衬纸剔除装置处被剔除，若未被剔除，内衬纸将堵塞在剔除轮处，妨碍下一张内衬纸的正常输送，导致生产出内衬纸缺陷的产品。

2.2 商标纸输送通道第14步商标纸剔除装置

当GDX2（ZB45）包装机组产生内衬纸缺陷的烟包时，电控系统中16号板20脚输出一个高电平控制信号，电磁铁驱动模块V805处于工作状态，使商标纸剔除装置的控制电磁铁线圈得电，对应烟包的商标纸将在商标纸第一输送通道第14步被剔除，若未被剔除，将导致后续包装环节出现故障停机。

2.3 框架纸停止输送控制装置

当GDX2（ZB45）包装机组组烟模盒中出现空头或缺支等缺陷或产生内衬纸缺陷的烟包时，电控系统中15号板23脚输出一个高电平控制信号，电磁铁驱动模块V803处于工作状态，使框架纸停止输送装置的控制电磁铁线圈得电，对应组烟或内衬纸缺陷烟包的框架纸将被停止输送，若继续输送框架纸，将导致下一个工序出现异常。

2.4 3号轮、6号轮、8号轮处烟包剔除装置

GDX2（ZB45）包装机组3号轮剔除有内衬纸缺陷的烟包、6号轮剔除商标纸缺陷的烟包、8号轮是所有缺陷烟包的最终剔除点。3个剔除点分别由系统产生的高电平控制信号，使相应剔除装置的控制电磁铁线圈得电，剔除相对应的缺陷烟包。若3号轮、6号轮、8号轮处剔除出现异常，降低后续包装环节的连续稳定运行，严重时将打坏3号轮及模盒、6号轮或模盒、8号轮模盒或剔除系统。

2.5 电磁铁

GDX2（ZB45）包装机组剔除装置和停止装置采用的电磁铁均为交流电磁铁，其线圈额定工作电压为交流24V，电气线路配置简单，交流电磁铁启动力大，换向时间短。但换向冲击大，工作时温升高（外壳设有散热筋）；当阀芯动作频繁或负荷过大时，电磁铁因电流过大易烧坏，可靠性较差，寿命较短。其工作方式是剔除装置和停止输送装置实行一个控制信号控制完成一次动作，线圈得电的电磁铁，其铁芯工作行程在未到达最大行程的情况下，被机械运动的某个点（或指机械凸轮的最高点、最低点）顶住或卡死达不到最大行程，在该位置正处于停车状态且停车时间很长。这时电磁铁工作行程还未达到设定的一个完整的工作周期是不会断电的，这样就会在电磁铁线圈中产生较大的涡电流，设备停机时间较长后线圈内的涡电流产生的高热使线圈因过热而损坏。如图1所示， 当2号轮内衬纸剔除装置、第14步商标纸剔除装置、框架纸停止输送控制装置以及3号轮、6号轮、8号轮处烟包剔除装置剔除时， 电磁铁1得到剔除信号， 电磁铁动作， 使各剔除连杆往复运动完成剔除动作。

3 改进方法

3.1 电路设计

（1）设计思路：考虑到电磁铁得电工作时，电磁铁线圈产生的涡流会导致线圈发热，超过一定时间后会引起电磁铁线圈烧坏。为此，设计一个计时控制电路对剔除控制信号或停止输送控制信号进行计时控制，当其信号持续时间大于120秒（时间可调整）后，将其相应的控制信号回路作暂时断开处理，在设备运动（或启动，或点动、或手动盘车）时，用一个自动复位信号将其控制信号回路接通（包装机组的Micro II电气控制系统设计时，始终优先启动烟包输送通道的输送皮带电机），使原电磁铁工作性能保持不变，从而达到解决问题的目的。

（2）设计依据：根据GDX2（ZB45）包装机组电控系统的工作原理，在设备运行（正常启动，或点动、或手动盘车）时，其控制电柜13号输出控制板的6脚将输出一个高电平控制信号（线号3/708），控制烟包输送通道的输送皮带电机启动运行；取烟包输送通道的烟包输送皮带电机控制信号作为自动复位信号，用PLC工业可编程控制器对各剔除控制信号或停止输送控制信号进行计时控制，这样便能实现电磁铁控制电路恢复原有的功能。

3.2 程序设计及元器件选择

（1）控制流程图

（2）设计程序：该PLC控制器指令系统完全支持西门子S7-200的全部指令，采用西门子编程软件编写的控制程序。如下图：

（3）元器件选取：根据控制数量及现有的PLC控制器，选用某公司型號为CPU224 AC/DC/RL的PLC控制器。该控制器为14点输入/10点输出（继电器输出），IN为高电平有效，与电磁铁驱动模块IN控制信号电平相同，满足控制需求。

（4）PLC接线框图（如图4）。

4 改进效果

（1）通过程序模拟试验后，安装到我厂其中一台GDX2（ZB45）包装机组进行现场测试，并进行1周的连续运行观察，增加PLC装置对GDX2（ZB45）包装机组剔除电磁铁进行计时控制未对设备的正常稳定运行产生任何影响，达到改进设计的目的。

（2）通过连续运行3个月，彻底解决了电磁铁线圈过热烧坏现象，并及时推广到其它GDX2（ZB45）包装机组，至今未出现过电磁铁线圈过热烧坏的现象，效果较好，性能十分稳定，有效的排除了该系列包装机组各剔除机构的故障，提高了设备运行效率，提高了产品质量。

5 结束语

通过对工厂现有GDX2（ZB45）包装机组电磁铁控制电路的改进后，未出现过相关电磁铁线圈过热烧坏的现象。结果表明：该控制方法有效的彻底解决该系列包装机组易出现电磁铁线圈过热损坏的故障现象，有效地避免因剔除装置或停止输送装置动作不到位而产生设备打坏故障，降低了设备运行成本，提高了设备运行效率，而且改进方法简单、经济、实用，为烟草行业GDX2（ZB45）包装机组连续运行稳定性起到一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]张彬.GDX2铝箔纸剔除机构气动驱动装置的设计应用[J].机械工程师，2010.

[2]喻树洪，蒋盈丰，等.ZB45包装机组铝箔纸剔除电磁铁的改进[J].烟草科技，2009（11）.

[3]张奕，高定新，等，ZB45包装机铝箔纸气缸剔除机构的改进[J].机械制造与自动化，2016（03）.

[4]岑天扬.GDX2包装机组铝箔纸剔除电磁铁的改进[J].电工技术，2012（06）.

[5]庞志敏，李卫华，等.一种铝纸剔除机构驱动装置[P].中国专利：CN202264922U.