基于PLC的成形纸接头跟踪及剔除系统设计.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()基于P L C的成形纸接头跟踪及剔除系统设计喻涛,李超,何超,安靖,杜文奎(红云红河烟草(集团)有限责任公司 曲靖卷烟厂,云南曲靖 )摘要:为解决滤棒生产过程中成形纸接头未被识别和未剔除的问题,设计了一套基于P L C的控制系统,对成形纸接头进行跟踪及监控.使用接纸信号触发高速计数模块对滤棒切割脉冲进行计数,实现对纸接头的跟踪;使用P L C模块对成型机运行信号、接头检测传感器信号、剔除阀和取样阀的压力信号等进行采集,监控接纸过程.该控制系统能在原系统未识别到成形纸接头时,按照设定位置及支数剔除带有纸接头的滤棒;在原系统不能正常剔除带有纸接头的滤棒时,给出停机信号,带有纸接头的滤棒在停机过程中被吹入废料箱,避免因原系统故障导致带有纸接头的不合格滤棒进入下道工序.关键词:成形纸接头;跟踪;剔除;P L C中图分类号:T P 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:喻涛(),男,河南信阳人,工程师,硕士,主要从事滤棒成型设备的研究.引言卷烟生产中,K D F 滤棒成型机最大生产速度为 m/m i n,其配套使用的盘纸自动更换机(简称盘纸机)为滤棒生产提供连续的成形纸,当新旧成形纸交换时会产生纸接头,带有接头的成形纸包裹成型的滤棒属于不合格品.由于光栅传感器受灰尘堆积、灵敏度调整不当、剔除阀故障等因素影响,使得纸接头未被识别或未被剔除,从而导致带有纸接头的滤棒流入下道工序.近年来已有很多文章针对卷烟生产中的纸接头检测问题进行了研究,倪敏等,采用高灵敏度光电传感技术研制了一种Z L 机型纸接头剔除检测装置,提高了成型机组剔除纸接头的可靠性;李鹏飞将原有水松纸接头光电检测器改为光纤检测器,提升了水松纸接头检测适应生产变化的能力;罗彩丽等使用对射式光纤检测传感器检测识别接头烟支;卢中焱等使用测厚传感器对G D X 铝箔纸接头进行识别.上述研究主要解决了检测方式和检测传感器的选择问题,对偶尔出现的接头未识别及未正常剔除的问题研究较少.本文以K D F 成型机、盘纸机为研究对象,采用西门子P L C设计了一套成形纸接头在线跟踪及剔除系统,确保带有接头的滤棒不会进入下道工序.原成形纸接头剔除系统工作原理及存在的问题 原剔除系统工作原理及工作流程原K D F 成型机自带的纸接头剔除系统主要包括纸接头检测光栅传感器、阀控制器、取样/剔除阀等.新旧两个成形纸自动拼接后,带有粘接片的纸接头由成型机上安装的光栅传感器识别.根据操作面板上的设定,带有拼接头的滤棒在带槽鼓轮处被剔出,进入废料箱,或者在 取样鼓轮处 被剔除,进 入取样盒.原K D F 成型机剔除系统工作流程如图所示.图原K D F 成型机剔除系统工作流程 原剔除系统存在的问题从图可以看出,原机配置的光栅传感器至关重要,只有当光栅传感器识别到纸接头时,滤棒的剔除过程才会启动.由于光栅传感器受灰尘堆积、灵敏度调整不当、剔除阀故障等多种因素影响,导致以下两类问题偶有发生:光栅传感器未识别到纸接头,导致滤棒的剔除过程未启动;光栅传感器识别到纸接头,但带有接头的滤棒未被剔除,进入到下道工序.成型机每班约产生 个纸接头,由于未对剔除过程进行监控,当带有纸接头的滤棒进入下道工序时,人工很难将所有带接头的烟支检出.基于P L C的成形纸接头跟踪及剔除系统设计 总体设计思路在接纸过程中,利用计数模块采集成型机切割脉冲对纸接头进行跟踪;利用P L C模块对盘纸机接纸信号、成型机生产运行信号、接头传感器检测信号、剔除和取样阀压力信号进行采集,实现接纸过程的监控.若系统判断接头传感器未识别到纸接头,则在设定的脉冲范围内系统给出剔除信号,带有接头的滤棒在带槽鼓轮处被剔除到废料箱;若系统判断剔除阀或取样阀气压未达到设定的阀值,系统则给出停机信号,带有接头的滤棒在停机过程中在传递鼓轮处被吹入废料箱,从而实现对纸接头的跟踪和剔除情况的监控,并实现在原机系统未正常工作时的剔除或停机功能,确保带有纸接头的滤棒不会进入下道工序.改进后的工作流程如图所示.图改进后的工作流程 控制系统组成在原机剔除系统的基础上增加了西门子S C P U、I/O模块、FM _高速计数模块和报警灯等,控制系统组成框图如图所示.将盘纸机打纸信号、成型机运行信号等均接入I/O模块,由P L C进行循环扫描.成型机切割脉冲接入FM _高速计数模块,当系统识别到盘纸机接纸信号时,计数模块对S C P(S i n g l eC l o c kP u l s e,单时钟脉冲)进行计数,对纸接头进行跟踪,判断接头运行位置.报警指示灯在接纸期间常亮,接纸过程完成后关闭,以提醒操作人员设备正在接纸,及时关注接纸过程.如果原机控制系统失效,则报警灯闪烁,此时需由人工进行复位.图控制系统组成框图 FM _高速计数模块FM _是智能的单通道计数器模块,支持 V脉冲信号,可以实现周期计数、单次计数和连续计数,可提供种门控制.根据系统需求,本设计选择单次计数模式,主计数方向选择“f o r w a r d”,脉冲信号类型 选 择 V脉 冲;选 择 软 件 门 控 制,通 过 在F CC NT_C T L 中置位输入参数SW_GAT E打开软件门开始测量,复位SW_GAT E关闭软件门结束测量;两个比较值CMP_V 和CMP_V 通过T_CMP_V 和T_CMP_V 的置位传送到FM _;选择D O 的响应为“不激活”,D O 的响应为“在比较值切换激活”,当计数值位于两个比较值之间时,D O 输出.带有纸接头的滤棒剔除K D F 成型机运行时,一个切割脉冲对应一支滤棒,在剔除 过程中,阀对 每个滤棒 的 控 制 都 是 根 据S C P切割脉冲进行的.为准确剔除,需要知道从检测点到剔除点间隔的嘴棒数量,若盘纸机打纸装置到剔除阀的距离为L,滤棒长度为a,则纸接头从打纸装置到剔除阀的滤棒数量bL/a.为保证剔除的准确性,一般要留有一定的余量,设定剔除滤棒的支数为c,则 两 个 比 较 值CMP_V 和CMP_V 的 计 数 公式为:CMP_V Lac()CMP_V Lac()当计数值n在两个比较值之间时,计数模块的D O 输出,若系统判断接头检测光栅工作不正常时,则D O 代替原机剔除信号驱动阀控制器工作,剔除阀将带有纸接头的c支滤棒剔除到废料箱;若系统判断剔除阀或取样阀未正常工作,则输出停机信号,成型机在计数值等于CMP_V 时停机,此时带有纸接头的滤棒在停机时被剔除到废料箱.机 械 工 程 与 自 动 化 年第期 程序设计启动组织块O B 用于系统初始化,C P U上电或操作模式切换到RUN时,执行一次O B ,完成指定的初始化操作.O B 主程序如图所示,C P U操作系统完成启动过程后,将循环执行O B.F C 根据设定值计算两个比较值CMP_V 和CMP_V;F C 在成型机正常工作时,根据软件门状态启动/关闭计数模块的计算功能;F C 在接纸过程中对纸接头光栅传感器的状态进行监控,若光栅传感器工作不正常,计数值在两个比较值之间时,对带有纸接头的滤棒进行剔除;F C 实现停机功能;F C 实现接纸过程及系统失效报警提醒功能.图O B 主程序应用效果使用K D F 滤棒成型机组生产长度为 mm的滤棒,成型机运行速度为 m/m i n,大约 m i n进行一次换纸.清洁干净接头检测光栅B ,连续跟踪 次接纸,检查废料箱,判断带有接头的滤棒是否被剔除到废料箱.其中,第次正常运行,第 次切断B 检测信号,对B 工作不正常情况进行模拟;第 次,人为切断剔除阀控制信号,对剔除不正常情况进行模拟实验.通过 次的跟踪实验表明,改进后的控制系统能够对不正常状态进行识别并报警,在原机剔除系统工作不正常时,能够准确地给出剔除或停机信号,确保带有纸接头的滤棒不会进入下道工序.结语针对滤棒生产过程中纸接头未被识别和未剔除的情况,设计了一套基于P L C的控制系统.利用P L C模块对成型机运行信号、剔除阀和取样阀压力信号以及与接头检测、剔除有关的信号进行采集,实现接纸过程的监控.利用盘纸机的打纸信号触发高速计数模块对滤棒切割脉冲S C P进行计数,从而实现对纸接头的跟踪,当原机剔除系统失效时,给出剔除或停机信号,避免带有纸接头的滤棒进入下道工序.以K D F 成型机配套的Y F 盘纸机进行测试,结果表明改进后的控制系统在原机剔除系统失效时,能够准确地给出剔除或停机信号,确保带有纸接头的滤棒剔除到废料箱,消除了不合格品流入下道工序的风险.参考文献:魏新科,郭文龙,赵永进卷烟机盘纸、水松纸接头检测剔除系统开发J中国设备工程,():倪敏,陈卫东,唐伟滤棒成型机组纸接头剔除检测装置的研制J烟草科技,():张小杭,王己锋,钟凌,等 K D F 滤棒成型机组丝束拼接头检测剔除装置的设计J烟草科技,():李鹏飞 Z J 卷烟机组水松纸接头检测技术的改进J科学技术创新,():罗彩丽,王桂铝接装纸、卷烟纸接头检测系统的设计J烟草科技,():卢中焱,郭龙一种G D X 铝箔纸拼接接头的新检测方法J轻工科技,():孙书海西门子P L C高级培训教程M北京:人民邮电出版社,许士亚西门子FM 在同步控制系统中的应用J科技创新与应用,():李英华,周奇峰在卷烟成型设备上实现高速任务处理J湖南文理学院学报,():D e s i g no fF o r m e dP a p e rJ o i n tT r a c k i n ga n dR e j e c t i o nS y s t e mB a s e do nP L CY UT a o,L IC h a o,H EC h a o,A NJ i n g,D U W e n k u i(Q u j i n gC i g a r e t t eF a c t o r y,H o n g y u nH o n g h eT o b a c c o(G r o u p)C o,L t d,Q u j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:T os o l v e t h ep r o b l e mo fu n r e c o g n i z e da n du n r e j e c t e dp a p e r j o i n t s i nt h ep r o c e s so f f i l t e rr o dp r o d u c t i o n,ac o n t r o l s y s t e mb a s e do nP L Ci sd e s i g n e d t o t r a c ka n dm o n i t o r t h ep a p e r j o i n t s T h ep a p e r r e c e i v i n gs i g n a l i su s e dt o t r i g g e r t h eh i g h s p e e dc o u n t i n gm o d u l et oc o u n t t h e f i l t e r r o dc u t t i n gp u l s e t o r e a l i z e t h e t r a c k i n go f t h ep a p e r j o i n t T h eP L Cm o d u l e i su s e d t oc o l l e c t t h eo p e r a t i n gs i g n a l so ft h ef o r m i n g m a c h i n e,t h ed e t e c t i o ns i g n a l so ft h ej o i n td e t e c t i o ns e n s o r s,a n dt h ep r e s s u r es i g n a l so ft h er e j e c ta n ds a m p l i n gv a l v e s t om o n i t o r t h es p l i c i n gp r o c e s s T h es y s t e mc a nr e j e c t f i l t e r r o d sc o n t a i n i n gj o i n t sa c c o r d i n gt ot h es e tp o s i t i o na n dn u m b e ro f j o i n t sw h e nt h eo r i g i n a l s y s t e md o e sn o t r e c o g n i z e t h e j o i n t s O r,i f t h eo r i g i n a l s y s t e mc a n n o t r e j e c tp r o p e r l y,i tg i v e sas t o ps i g n a l,s ot h a t t h e f i l t e r r o d sw i t h j o i n t sa r eb l o w n i n t ot h ew a s t eb i na t t h e t r a n s f e rd r u mw h e e l d u r i n gt h es t o p,a v o i d i n gt h eu n q u a l i f i e df i l t e r r o d sw i t hj o i n t s f r o me n t e r i n gt h en e x tp r o c e s sd u e t ot h e f a i l u r eo f t h eo r i g i n a l s y s t e mK e y w o r d s:f o r m e dp a p e r j o i n t;t r a c k i n g;r e j e c t i o n;P L C 年第期喻涛,等:基于P L C的成形纸接头跟踪及剔除系统设计