PROTOS 70 卷烟机卷烟纸剩余量节纸控制系统

张树伟 李培培 河南中烟工业有限责任公司安阳卷烟厂

一、背景分析

PROTOS 卷接机组是目前国内推广使用的主要烟支生产线。PROTOS 卷烟机盘纸消耗浪费很大，第一，盘纸在拼接加速过程中备用新盘纸被引出平均6 米盘纸；第二，盘纸拼接后盘纸圈剩余量平均16 米。因此盘纸每次转换拼接浪费盘纸材料至少22 米，有些车况不好的卷烟机甚至于达到30-40米，造成生产成本增加。节能降耗是企业的生存之本，因此可以深化技术革新采用新技术新方案从技术角度来实现节能效益的最大化。

二、原理分析

第一，PROTOS 的盘纸电机采用的是直流电机，控制盘纸加速的控制器采用电位器调节来控制盘纸电机的加速曲线，控制方式比较落后，造成盘纸引纸量浪费大。

第二，PROTOS 卷烟机盘纸剩余量较多由以下原因造成：

1. PROTOS 原机原机检测剩余盘纸直径的方法是脉冲参照，即ERP 脉冲对比SWCP（盘纸圈脉冲），一个RCP 脉冲相当于25mm长的盘纸长度，以RCP 对比来判断剩余盘纸的直径，由于脉冲精度太低造成判断误差较大，已经不能满足当下要求。

2.PROTOS 卷烟机生产中，张力杆的收放调节产生一个纸张速度正负偏移量，这个偏移量将造成ERP 与SWCP 比较触发器提前或滞后触发，这也是确定拼接直径的一个主要干扰。

3.卷烟机在不同生产速度时收到盘纸拼接信号会由当前车速降至机器设定的拼接速度，这样一来不同的运行速度其降速时间和放卷速度也不同。

三、技术方案

通过研究我们开发了PROTOS 70 卷烟纸剩余量节纸控制系统。系统主要组成包括交流伺服装置（引纸电机）、人机界面HMI、PLC、转换模块和测速旋转编码器（参考原理框图）。第一，交流伺服控制器可以精准控制加速电机的运行曲线，将盘纸加速特性调整在最佳状态，可以节省新盘纸的加速引纸消耗。第二，剩余盘纸的控制是利用PLC开发出特殊算法功能，读取高速脉冲、建立抗干扰的速度校正算法及I/O 逻辑处理。其特点是检测精度高、能补偿张力杆抖动产生的速度偏移、能补偿降速过程产生的时间与速度影响。本系统能准确检测剩余盘纸直径及控制盘纸剩余量。（见图1）

图1 原理框图

根据卷烟机盘纸传动的结构，利用同步轮和同步带传动将旋转编码器安装在引纸辊的传动系统中（如图以下各部件名称均以字母表示）。

图2 盘纸传动结构示意图

如图可知E 的线速度等于A 的线速度（忽略张力杆扰动量），E 辊直径是定值，A辊是变量随机器运行直径逐渐减小，因此可以用E 辊做参照计算出A 辊直径。我们利用旋转编码器的高分辨率特性将E 辊周长细分，编码器测算的脉冲被PLC 高速计数器4 倍分频，同时将盘纸圈脉冲作为计数脉冲，即A 辊一周作为检测基准，A 辊每圈复位。这样我们设Øa 为A 轮的直径，A 轮一周产生的编码器脉冲为ØFp，张力杆在A辊和E 辊中间起到速度平衡调节作用，由于张力杆的调节摆动影响，以Øa 为基准检测到的ØFp 脉冲数值有误差。为了消除张力杆摆动产生的正负干扰量，将盘纸架脉冲实时取样计数，利用特殊算法计数盘纸圈的实时直径。盘纸的线速度检测精度以我们在改造试验中确定的数据为例，编码器分辨率1024，F、E 的速度比是1，E 辊直径63.662，可得：

即E 辊每引出1mm 盘纸编码器就输出5.12 个脉冲，由此一个脉冲约等于0.195mm纸长度，代入4 倍分频约等于0.0488mm。Øa=ØFp*0.0488，换算成单层纸的厚度即检测精度=mm，盘纸单层厚度一般为0.038mm 左右，完全满足检测需求。盘纸圈辊直径越大产生的脉冲数也越多，由此我们通过HMI 可以自由设置盘纸拼接直径。

四、结论

使用此项研究改造后盘纸引纸量和剩余量节约效果明显，通过实际测量盘纸引纸量平均4 米，剩余量平均控制在5 米以内，一致性和重复性较好达到了预期效果。