PASSIM 8K卷烟机组搓板检测系统优化设计.pdf

科技与创新Science and Technology&Innovation982023 年 第 17 期文章编号：2095-6835（2023）17-0098-02PASSIM 8K 卷烟机组搓板检测系统优化设计黄仕强，张晓军，席 刚（贵州中烟工业有限责任公司铜仁卷烟厂，贵州 铜仁 554300）摘要：为有效解决搓板堵塞的检测问题，通过对原 PASSIM 8K 卷烟机组搓板检测原理进行分析，并结合其现场应用情况，得出搓板堵塞检测经常失灵、检测不可靠的原因，对搓板检测系统进行了优化设计。在双倍长烟支剔除轮下方增设光电检测，对生产中搓板后的烟支进行计数，同时取用缺嘴检测信号对生产中搓板前的烟支进行计数，将两计数信号输入高速布尔模块 FM352-5 进行比较、处理，应用 PLC 进行相应控制。如果在机组正常运行情况下，前后烟支计数相差 5支烟，则判定为搓板堵塞，启动搓板清洁程序。增设汇合鼓轮外置剔除装置，降低烟支堵塞的程度。结果表明，光电检测稳定、可靠，不受负压波动及负压管路堵塞影响。搓板堵塞程度得到有效降低，避免了挤坏鼓轮及打坏搓板的现象发生，有效解决了搓板堵塞的检测问题。关键词：PASSIM 8K 卷烟机组；搓板堵塞；检测系统；高速计数中图分类号：TS43文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.17.028搓板为卷烟机组滤嘴接装重要部件，完成滤嘴、烟支及水松纸的搭接、搓接工作。在生产过程中，由于水松纸上胶产生的胶垢、烟支生产产生的烟末以及残次品烟支等原因易造成搓板堵塞。PASSIM 8K 卷烟机组中的搓板堵塞检测系统在搓板发生堵塞时能够检出，但可靠性、稳定性较差，堵塞后由于停机反应时间较长（78 s），搓板堵塞情况会更加严重，搓板很难抽出，清理困难，耗时长，一般都需要 8 min 左右。严重时会造成搓板及其他部件打坏、挤坏鼓轮等，发生设备事故，影响设备有效作业率。因此，为确保搓板堵塞检测的可靠性，及时启动搓板清理程序，降低因搓板堵塞造成的烟支堵塞程度，及时清理堵塞烟支至关重要。为解决 PASSIM 8K 卷烟机组的搓板检测问题，确保搓板检测系统的可靠性、稳定性，通过对原检测系统原理进行分析，结合其现场应用情况，找出了搓板堵塞检测经常失灵、检测不可靠的原因，并对该系统进行了优化设计。1原搓板检测系统分析1.1原搓板堵塞检测分析系统原用 PASSIM 8K 卷烟机组，搓板堵塞检测及清洁气动组件由 2 个二位三通气控阀和 1 个清洁气动延时控制阀组成，正压清洁气与负压检测通道通过气路切换，在负压检测通道建立负压检测1-2信号。烟支在嘴机上往前运行过程中，搓接完成后，由取出鼓轮上的负压吸风将烟支取出送到取出鼓轮上。如果有烟支组合体未从搓板送到取出鼓时，就会导致取出鼓中的负压降低，而此时主风机的负压保持不变，则由搓板堵塞检测负压传感器3来检测取出鼓负压与主风机负压的压差变化，如果连续有 3 支烟丢失，则高于设定值，判定为搓板堵塞，负压传感器就输出一个信号启动清洁程序、停机等处理。1.2存在问题负压检测传感器为差范围调节，调整较为复杂、不方便且调整也不精准。在设备运行过程中，搓板负压检测传感器的负压管路经常因生产过程中产生的烟末、灰尘等堵塞，造成负压检测信号失真，导致负压检测传感器失灵，搓板检测失败，造成多次清理，浪费原辅材料，增加残次品烟支的产生。或堵塞不停机，打坏搓板等。一旦搓板堵塞严重，清理失败导致停机，而停机有一个过程，需要一定的时间（78 s），停机信号产生后的烟支也随着惯性源源不断地往搓板处堆积，造成堵塞更加严重。2优化设计方案2.1检测方式优化设计基于原搓板检测系统存在的问题，经多次生产现场观察、记录、分析，从检测方式上对搓板检测系统进行优化设计，如图 1 所示。在取出鼓轮下方，制作安装一光电开关支架，增设光电检测模块（烟支堵塞检测），对正常生产过程中搓板后的烟支进行计数。再取缺嘴光电检测信号，对正常生产过程中搓板前的烟支进行计数。检测原理为：设备运行正常生产，烟支运行至双倍长烟支剔除鼓轮，剔除程序设定的双倍长烟支后，搓板检测程序开始工作，缺嘴检测光电开Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 17 期99关及新增光电开关分别开始计数，如果两计数信号连续相差 5（即 5 只烟），则判定为搓板堵塞，产生搓板堵塞信号（将此信号与原搓板检测信号并联使用，确保搓板检测的可靠性）。将两计数信号分别输入高速布尔模块 FM352-5 的 I8 和 I9，经 FM352-5 比较处理后再经 PLC 进行相应的分析处理，给出相应的控制方式，如图 2 所示。1无嘴烟支；2滤嘴棒；3汇合鼓轮；4汇合鼓轮剔除装置；5缺嘴检测器；6靠拢鼓轮；7搓板；8切纸鼓轮；9烟支堵塞检测器；10取出鼓轮；11双倍长烟支。图 1搓板检测系统优化改进结构示意图图 2搓板检测输入输出模块2.2减少搓板堵塞烟支优化设计搓板堵塞停机信号产生后，由于停机有一个过程，一般为 78 s，而这段时间烟条仍在继续产生，这时搓板已经堵塞，那么源源不断的烟支也将陆续堵在搓板处，这样很容易造成搓板堵死，很难抽出清理，严重时还会打坏搓板，挤坏鼓轮。为此，对该部分进行了优化设计：在搓板堵塞产生停机信号的同时，把后来的烟支在汇合鼓轮处剔除掉，这样搓板处的烟支堵塞情况就会得到缓解，人工清理搓板堵塞就会方便快捷很多。主要方法是制作一支架，支架上有 3 个吹气位置，安装在靠拢鼓轮下方，吹气位置刚好对准汇合鼓轮的水平切点位置。吹气由一电磁阀（汇合鼓剔除阀）控制，由嘴机 PLC 输出模块输出 Q100.5 控制该电磁阀，保证有效剔除鼓轮上的烟支，直至搓板堵塞信号复位。3搓板检测、清理功能实现搓板产生堵塞信号后，启动相应的搓板清洁程序，PLC 控制水松纸抬纸臂抬起，停止水松纸上胶，吹走未上胶的水松纸片，同时打开双倍长烟支剔除阀，剔除这段时间产生的组合烟支及堵塞烟支碎屑。如果在3 s 内搓板清洁完成，堵塞信号消失，则延时 200 ms放下水松纸抬纸臂，停止吹水松纸片，再延时 900 ms关闭双倍长烟支释放阀，使烟支正常通过。整个搓板堵塞清理控制在 3 s 内完成，如超过 3 s 搓板堵塞信号仍然存在，则机组停机。与此同时汇合鼓剔除阀打开，剔除停机信号产生后来的烟支，减少搓板堵塞程度。搓板检测系统优化设计流程如图 3 所示。图 3搓板检测系统优化设计流程图4结论为解决 PASSIM 8K 卷烟机组的搓板检测问题，确保搓板检测系统的可靠性、稳定性，通过对原检测系统进行原理分析，结合现场应用情况，找出了搓板堵塞检测经常失灵、检测不可靠的原因，对该系统进行了优化设计：在双倍长烟支剔除轮下方增设光电检测，对生产中搓板后的烟支进行计数；再取用缺嘴检测信号对生产中搓板前的烟支进行计数，然后将信号输入高速布尔模块 FM352-5 进行比较、处理，应用 PLC进行相应控制。如果在机组正常运行情况下，前后烟支计数相差 5 支烟，则判定为搓板堵塞，启动搓板清洁程序，在 3 s 内如不能清除搓板堵塞，则机组停机。增设汇合鼓轮外置剔除装置。在搓板堵塞产生停机信号的同时，把后来的烟支在汇合鼓轮处剔除掉，（下转第 103 页）24 V 0 V水松纸片吹走水松纸臂抬起24 V 0 V搓板后计数缺嘴检测（搓板前计数）汇合鼓轮剔除两光电检测烟支计数相差大于等于 5打开双倍长烟支剔除阀Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 17 期103表 3实车下压力系数结果车速/（ms-1）压缩量/mm下压力/N下压力系数 ClA平均下压力系数156.8453.13.413.376.6442.43.336.7449.13.382012.4831.73.523.5112.7851.83.6112.0804.83.41通过数据可以发现，相比于仿真计算的 3.956 的理论下压力系数，20 m/s 时的下压力系数损失为 11.3%，15 m/s 时的下压力系数损失为 14.8%。经过分析，下压力损失的主要因素为空气动力学套件的制造与装配误差带来的气流流场改变，其中尾翼的实际攻角大于设计值，可能带来了气流的分离，削弱了下压力。同时，一些仿真模型未能考虑到的细节也带来了下压力的损失。当车速较高时，所测得的下压力系数略高，这可能是由于车身下沉量更多，离地间隙变小，增强了前翼、侧翼、底板扩散器的地面效应，使低压区更强，提高了下压力表现，这一现象在 F1 中也有体现，并在极高速情况下引发“海豚跳”现象。对于下压力系数的损失，不排除仿真的设置带来了理论数值的虚高，将会在未来的工作中，通过对标准 Ahmed 模型的仿真来校正仿真设置。4结束语笔者们受“曹冲称象”启发，在不使用线位移传感器的情况下通过图像分析快速计算出了赛车的下压力系数，方法具有操作简单易行、成本低廉的特点，有较好的普适性，有助于各车队摆脱仿真与实际脱节的困境，客观了解赛车真实的气动性能，指导设计与仿真。由于拍摄实车跑动图片设备并非专业高速摄像机，获得的图像像素精度不高，且由于拍摄环境问题，在图像处理时对边缘的划分出现了一定失真，进而带来了标记点高度的波动和下压力系数误差，此方面仍具有一定的提升空间。同时由于本次测量实验的车身标记点仅有一个，位于侧翼端板，与后轮进行对照，并将下沉量默认为整车均匀下沉的下沉量。倘若在前轮附近也设置标记点，如前翼端板，则可以同时获取前、后的车身下沉量，计算后获得前后轴各自的下压力，能够体现车辆在匀速直线工况下的气动平衡。参考文献：1孙文.基于 CFD 的低速赛车前后翼设计D.长沙：湖南大学，2016.2吴雁飞.某 SUV 气动特性仿真分析与风洞试验验证D.重庆：重庆大学，2021.3武振，梁荣亮，梁东，等.乘用车底盘悬架动态位移测试方法研究J.中国汽车，2020（10）：9-14，37.4严择圆，杜常清，胡艺凤，等.大学生方程式赛车尾翼负升力特性有限元探究J.重庆大学学报，2019，42（4）：29-39.5LULJ，DAIF.Automatedvisualsurveyingofvehicleheightstohelpmeasuretheriskofoverheightcollisionsusingdeeplearningand view geometryDB/OL.2023-05-26.https:/doi.org/10.1111/mice.12842.6WANG C，TAN G F.Vehicle feature recognition methodbasedon image semanticsegmentation DB/OL.2023-05-26.https:/ 99 页）这样搓板处的烟支堵塞情况就会得到缓解，人工清理搓板堵塞就会方便快捷很多。结果表明：经优化设计、改造后，光电检测稳定、可靠，不受负压波动及负压管路堵塞影响。搓板堵塞程度得到有效降低，避免了挤坏鼓轮及打坏搓板的现象发生。同时也降低了搓板检测不可靠造成的多次清理，降低了原辅材料浪费及残次品烟支的产生。有效解决了搓板堵塞的检测问题。参考文献：1王立春.搓板堵塞检测通道气动清洁组件的改进J.烟草科技，2006（10）：33-34.2宋耀辉.负压检测装置在烘丝排潮系统中的应用J.电子世界，2013（24）：243.3王海峰，李东亮，孟振伟.PASSIM 接装机搓板堵塞检测气路清洁组件的改进J.中国设备工程，2011（8）：44-46.作者简介：黄仕强（1969），男，本科，电气工程师，研究方向为工程技术、自动控制。（编辑：张超）