交流伺服控制系统在ZJ17卷烟机无胶带拼接中的应用

张鼎楚 良麻玉

摘 要：本文针对ZJ17卷烟机原盘纸拼接系统在搭接过程中需要使用胶带纸进行搭接，并且搭接的准确性与稳定性不高，造成浪费的现象，提出了基于交流伺服控制的无胶拼接系统改进方案。

关键词：交流伺服控制技术；卷烟机；无胶带盘纸拼接

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.031

本方案采用交流伺服控制技术进行无胶带拼接，在新的盘纸拼接系统中，交流伺服电机驱动备用盘纸逐渐加速，由交流伺服电机代替拼接高速电磁阀进行拼接动作，当备用盘纸、运行盘纸的线速度同步时，完成搭接动作。新盘纸拼接系统能对备用盘纸的速度进行有效控制，提高控制精度，并且具有良好的同步性。

1 设备现状及存在问题

ZJ17卷烟机额定生产能力7000支/分，设备以额定速度运行时盘纸线速度为6.88米/秒，盘纸直径650毫米，每12分钟更换一次盘纸。现在的ZJ17卷烟机盘纸拼接系统采用动态拼接方式，当所有的拼接准备条件满足后，在用盘纸运行到设定的搭接直径，备用盘纸开始加速，当备用盘纸加速到与在用盘纸速度相同时，在高速电磁阀的作用下，进行盘纸搭接，原在用盘纸架在制动机构作用下停止运转，剩余盘纸被更换为新盘纸后，进入备用状态。

ZJ17卷烟机盘纸拼接时备用盘纸的加速由直流电机驱动。拼接时的搭接动作由高速电磁阀控制。卷烟生产企业在实际生产中都采用降低生产速度、定期更换拼接高速电磁阀的方式进行盘纸拼接。虽然这样做提高了盘纸拼接的成功率，但仍不能解决高速电磁阀响应时间长造成的拼接失败。在降速拼接过程时，卷烟机速度的降低还会减少卷烟生产产量，从而影响卷接设备的有效作业率。

从以上分析可以看出，盘纸降速拼接方式对卷烟生产效率以及消耗影响较大，如果能够将拼接方式进行改进，则将大大提高生产效率，降低消耗，节省原辅材料。

2 交流伺服系统发展现状

随着矢量控制方法的实用化，交流伺服系统具有的良好伺服特性，其宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能，使其动、静态特性已完全可与直流伺服系统相媲美。同时可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。

从HAUNI公司PROTOS系列卷接机组的发展中我们可以看到，从早期一代的PROTOS 70到二代PROTOS 80、90、100再到三代的PROTOS 90E、1-8最后是现在PROTOS 2-2 等机型的不断更新，我们发现它的电控系统随着交流伺服控制与PLC在许多领域得到广泛应用也更具有时代的特点，表现在：

（1）广泛应用SIEMENS PLC技术，系统更具有开放性。

（2）采用CAN总线、PROFIBUS总线技术。

（3）采用高性能的变频通讯控制，用大量伺服控制系统取代机械传动。

（4）故障率低，大大提高机组性能，更加方便维护和操作。

3 改造方案

通过编码器的采样信号对交流伺服控制器进行控制，拼接加速信号由SWCP盘纸转换时钟脉冲产生，其余所有均由无胶带拼接装置的控制系统完成检测、计算和控制输出。当在用盘纸的线速度和备用盘纸的线速度达到一致时，交流伺服电机控制高速拼接结构按照设定好的拼接凸轮曲线对盘纸进行拼接，拼接结束后由断纸机构将多余盘纸进行切断。

考虑到该装置需要用到两个交流伺服控制电机，故本系统中采用一个Schneider LMC101C 运动控制器分别控制两个轴，即D1（拼接轴）和D2（加速轴），其中两个轴均由单轴驱动器LXM52 进行驱动，运动控制器与两个单轴模块之间采用Sercos Ⅲ网络进行通讯，该系统还设立了独立的人机界面（HMI），其与运动控制器之间采用Ethernet 网络进行通讯，该系统的网络结构图如图1所示。

经过改造之后的拼接系统，可以顺利的完成启动、加速、同步、拼接、减速、停止等动作。与原盘纸拼接系统相比，新系统具有以下优特点：

（1）由于实现了卷烟机高速拼接，直接提高了卷烟生产产量，提高了卷接设备有效作业率。

（2）当卷烟机采用无胶带拼接方式对盘纸进行拼接的时候，不再需要提前防止胶带纸，节省了胶带纸，节约意义重大。

（3）该装置设有“加速长度（可根据主机实际状态做出相应的调整，主要用于精确调整加速段辅料消耗量）”、“剩余延时（从主机左侧盘纸直径到达拼接直径时开始计算，保证主轴运行过此长度时加速轴加速至主轴实际运行速度，与此同时拼接轴启动拼接功能，主要用于精调纸芯剩余辅料消耗量）”，可由挡车工根据需要进行调整，以达到卷烟机最佳拼接拼接状态。

（4）该装置基本独立，但操作方便，改造后的卷烟机盘纸供纸装置与原有系统的操作功能和操作方式基本保持一致。

4 经济效益

现在通过盘纸拼接改造可使卷烟机每更换一次盘纸进纸量由12米降为6米以下，也就是每天每台卷接设备最少节约盘纸6米×165=990米。以一拥有15台ZJ17卷接机组的卷烟厂为例，则每天可节约15×990米=14850米盘纸。

改造之前的盘纸拼接方式使用胶带进行拼接，按照胶带纸的使用速度，每班每台机组平均15天使用一盘胶带纸，一台车一个月三班生产最少要用6盘胶纸，按照每盘胶纸20元计算，一个月每台车使用胶纸的费用为240元，以一拥有15台ZJ17卷接机组的卷烟厂为例，一个月节省3600元，一年節省43600元。

参考文献：

[1]袁永斌，赵峰.卷烟机“简易刀头”[J].烟草科技，1979（02）.

[2]钱立根，洪军.超小型PLC的烟丝喂入自动控制[J].电气时代，

2005（11）.