基于PLC的烟用内衬纸自动润滑系统设计

刘开合，马 义，王学军，步 刚，刘 凯

（山东中烟工业有限责任公司滕州卷烟厂，山东枣庄 277500）

0 引言

目前卷烟包装设备内衬纸润滑主要是人工加注润滑油，不能满足润滑中的“定量”、“定期”原则，同时还存在“油渍烟”等质量隐患和影响设备效率问题。内衬纸又称铝箔纸、铝纸，是直接包裹烟支的材料，它的包装质量对小盒包装质量与烟支防霉保质关系甚大[1]。在内衬纸进入导纸辊前，润滑毛毡会清洁内衬纸铝层的灰尘，柔顺内衬纸，延长内衬纸切刀寿命，提高切割质量，避免内衬纸输送堵塞等问题。

通常情况下，操作工利用润滑油壶将石蜡油喷到毛毡上，然后手动调整润滑毛毡支架，使毛毡表面与内衬纸接触。人工加注润滑油的方式存在以下弊端及隐患：①不能满足“定量”“定期”原则，即使是同一操作工润滑间隔时间和添加油量不好统一，随意性较强；②设备停机时，必须使毛毡脱离内衬纸，否则有产生油渍烟的质量隐患；设备正常开机时，必须使毛毡轻轻压在内衬纸上，否则容易造成内衬纸切口毛口、内衬纸免角、商标纸错牙等质量缺陷；③调整润滑毛毡支架必须停机操作，平均每次调整毛毡停机时长为8 s，因内衬纸润滑毛毡加油造成的每台设备每天停机时间约为420 s。

设计内衬纸自动润滑系统，用于内衬纸的清洁润滑，提高产品质量。此装置主要由油壶、气路、油路、电磁阀、气缸、PLC 等组成，采用烟包计数法，周期性向毛毡注油。设备运行时，毛毡接触内衬纸；停机时，毛毡脱离内衬纸，避免长时间停机时内衬纸被浸透，造成“油烟”。

1 系统组成和工作原理

1.1 系统组成结构

图1 是烟用内衬纸自动润滑系统组成结构图，系统由1 个PLC 控制器、1 个储油壶、2 个两位两通油路电磁控制阀、2 个两位五通气路电磁控制阀、1 个烟包计数传感器、2 个气缸及安装支架及2 个涂抹装置（毛毡）组成。卷烟包装机分左右两路纸盘供应内衬纸，一路使用一路备用，因此PLC 控制器接入设备的纸盘工作信号，同时接入的还有设备启停信号。

1.2 系统工作原理

图1 系统组成结构

（1）自动给油原理。利用烟包计数传感器采集烟包数量，并将采集到的烟包数量信息输送给PLC 控制器，再利用控制器累计输入的烟包数量，当累计的烟包数量达到预设烟包数量时，控制器驱动油路电磁阀打开，储油壶中油脂在自身重力的推动下进入涂抹装置。当出现设备停机或者切换内衬纸时，PLC 控制器可以实现断点自动保存，直至重新使用该侧内衬纸。润滑油在涂抹装置中浸润分散，每次涂抹在内衬纸上的油量均可通过设置油路通断时间设定，从而克服了现有技术中人工涂抹油脂随意性较强、油脂涂抹不均匀、影响产品的包装质量的稳定性的缺陷。此外，还降低了机台操作人员的劳动强度。

（2）毛毡动作原理。以左侧毛毡动作为例，当PLC 控制器接收到左侧供纸驱动信号和设备启动信号时，PLC 控制器根据预定数值延时发出信号，两位五通电磁换向阀接通气缸弹出气路，左侧毛毡气缸动作，控制左侧毛毡靠向左侧内衬纸。当设备出现停机信号时，两位五通电磁换向阀接通气缸缩回气路，左侧气缸瞬间缩回，左侧毛毡离开左侧内衬纸。这样很大程度上避免了“油渍烟”和内衬纸无润滑现象的发生。

2 各功能模块设计

2.1 自动给油模块

油路设计的关键就是向毛毡注入油液的多少。根据查询相关公式和计算，只要改变流体流动的时间，就可以改变流体流过单位面积的质量，同时流过电磁阀前后的流体质量是不变的。通过以上分析可知，只需改变PLC 控制油路电磁阀开闭的时间，就可以改变供油量。为得到电磁阀最佳注油时间进行模拟实验，采用线箔铝纸，在设备正常运转情况下，利用油壶和PU 管直接向毛毡注油，并对烟包计数，检查烟包内衬纸润滑效果和是否有油烟。试验结果如表1 所示，经过质检人员对试验结果确认，认为每正常生产500 包烟包时，注油5 s 最为合适，既不会使电磁阀频繁动作降低其使用寿命，又能保证润滑效果较好且没有油烟质量风险。

表1 注油梯度试验统计

2.2 毛毡动作模块

《卷烟包装工专业知识》及《ZB25 包装机组作业指导书》中对各部位压缩空气所用压力值有明确要求，其中“气源压力要求0.6 MPa，工作压力0.5 MPa，商标纸及封签加胶气缸压力标准范围≥0.5 MPa”。气路主要为气缸的抬起、压下动作提供动力，包装机的压缩空气压力值能够满足要求。为与电磁阀接口适配，选用的是6 mm×4 mm 蓝色PU 高压软管作为气线管路。按照就近原则，气源接口选择商标纸加胶气缸。

机器启动时，PLC 给工作侧铝纸毛毡电磁阀发出信号，电磁阀动作，打开气路使气缸带动毛毡接触内衬纸，均匀润滑内衬纸。停机时，PLC 发出指令电磁阀切换气路，气缸缩回，毛毡抬起离开内衬纸。同时考虑增加2 s 的延时功能，这种延时方式一方面是为了避免双线圈电磁阀长时间带电，而影响电磁阀寿命，另一方面，将延时控制在2 s 内，防止操作者频繁按动启停按钮而导致气缸转位混乱。

3 系统控制软件设计

卷烟包装机内衬纸自动涂油控制系统中烟包计数、电磁阀输出控制、毛毡动作都是通过系统软件自动实现的，软件运用PLC 树形图语言编程，实现各功能模块，它主要包括4 部分：系统主程序、毛毡子程序、中断子程序、给油子程序。主程序的功能主要包括初始化、系统自检、中断设置等，主程序处于循环状态[2]。整个系统软件主要完成铝纸驱动侧的判断、涂油参数的设置、烟包计数和向电磁阀发送状态命令等。PLC 程序如图2 所示。

4 系统实际使用效果

系统安装调试完成后，对包装机内衬纸自动润滑装置使用情况进行1 个月的跟踪统计。统计数据表明，该系统使内衬纸组件实现了润滑加油不停机，只是设备切换纸时的慢速启动，加油停机时间由平均8 s/次降低到3 s/次。

正常生产时，每班需更换16 个内衬纸，每个内衬纸需加注润滑油1 次。使用内衬纸自动润滑装置后，每台设备每年可提前生产产量102.6 箱，加注一次润滑油提高的效率167%。

5 结束语

图2 PLC 程序

此次内衬纸自动润滑系统设计与现有技术相比具有的优点和效果。采用烟包计数法周期性向毛毡自动注油，且油量大小可调节，确保了供油的均匀性，降低了操作工的劳动强度，提高了生产效率；内衬纸润滑均匀，小包烟盒包装平整，避免了小盒烟包装过程中的内衬纸折边、折角易烂的问题，提高了小包烟盒的包装质量；采集开、停机同步信号，确保开机时毛毡接触内衬纸，停机时毛毡脱离内衬纸，消除了因停机时间稍长而导致的润滑油浸透内衬纸产生“油烟”的隐患。实际应用表明：系统的使用解决了内衬纸润滑效果不好、“油烟”质量隐患，减轻了操作工的劳动强度，提高设备运行效率。此装置根据烟包数量对内衬纸进行润滑，可根据实际快速调整烟包数量参数，具有一定的推广价值。