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【摘 要】控制技术的发展不断在促进卷烟机性能的提高，也使卷烟生产企业对卷烟机性能有了新的追求。烟草机械制造行业的发展战略是跟踪战略，走的是引进、消化、吸收、提高与创新的路子，基础研究和实验条件相对薄弱，新时期怎样发展具有中国特色的卷烟设备，应对入世后国外卷烟设备对国内市场的冲击?是当前国内烟机制造企业面临的一个重要课题。
【关键词】卷烟;自动控;技术改造
当前，随着机电一体化技术的迅速发展，卷烟生产企业为了方便生产产品规格转换、设备维护以及生产管理和操作对机电一体化技术在卷烟机上的应用很感趣，并支持烟机制造企业在现有设备上对原有设备进行改进，在这方面有很多成功的应用范例。
１．伺服驱动在PROTOS70卷烟机改造上的应用
在对一台原德国HAUNI公司的PROTOS70卷烟机进行大修过程中，我们应用伺服同步驱动对其传动系统进行了改造。
１．１原传动系统的缺陷
PROTOS7O卷烟机以主电机(直流调速)为主动力，带8个传动箱完成刀盘/蜘蛛手、布带轮和吸丝带、钢印、盘纸加速、针辊、劈刀、接装机等驱动，主要有以下缺陷:
１．１．１卷接机高速旋转零部件多，传动结构复杂，撞击件和空气动力系统较多。传统的机械式的凸轮传动机构，机组运行时传动链较长、噪声大、润滑齿轮箱易漏油、维修不方便，增加了设备维修量。
１．１．２速度控制器(检测电路板)接收来自电机的电压信号，进行频率识别，当频率超过速度控制器设置的极限时，发出故障信号，电机停止工作。系统的辅助控制命令来自机身上的光电开关、限位开关及供丝机的时钟处理卡等，发生故障后，不便查找与排除，也不便于系统参数的调整与调试，影响系统的可靠性。
１．１．３监控部分主要由电路板组成，电路板易老化，维护困难，使得系统控制精度不高，易出现提升烟丝不均匀的现象。
１．１．４换向器表面线速度及换向电流、电压有一极限允许值，超过此极限时就只能采用更复杂的方案，增加了电机制造的难度与成本，增加了调速系统的复杂性。另外，为保持换向器的可靠性，电枢及换向器的直径一般都比较大，因此电机的转动惯量就大，不利于系统的快速性，调速性能难于提高。
１．１．５直流电机配置的机械换向器、电刷等，必然有换向火花，其应用环境受到限制，同时需经常清洁整流子，更换电刷，其安全性、可维护性差。
１．２具体实施
交流伺服驱动系统的高度集成化、智能化、模块化和网络化的特性是工业控制设备的流行趋势，采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机(DSP)的伺服控制单元全面取代以模拟电子器件为主的电路板控制，降低系统功耗，提高系统的响应速度，降低运行噪音。
针对卷接机组旧的传动系统中存在的问题进行技术改进，采用交流伺服驱动系统代替原结构。利用交流伺服系统良好的稳定性(不存在齿轮间隙积累误差)，改进后的卷接机组不仅有效避免长短烟的出现，也可避免由于传动系统速度波动而造成的烟支空头等问题。
改造后的卷烟机取消刀盘/蜘蛛手齿轮箱、布带轮齿轮箱和吸丝带、钢印、盘纸加速、针辊、劈刀、接装机主驱动传动八个齿轮箱，采用伺服电机独立驱动。AMK公司AZ20型的中央控制模块最多能连接8个驱动模块，选用它比较经济;实现多目标优化控制。各电机的运行由伺服系统的中央控制模块和PLC控制。在使用过程中，根據需要设置参数，如控制方式设定(位置控制/速度控制/转矩控制方式或组合方式)、增益设定(位置环增益、速度环增益、速度环积分时间常数)、速度指令输入增益设定等。项目的总体设计以模块化、总线化、网络化思想为指导，充分考虑系统的先进性、稳定性和可靠性，遵循易操作、便维护、易扩展、便升级的原则。伺服系统采用工控机作为上位机，实现全面数据采集和处理，进行数据分析和计算。通过工控机预留的以太网卡，将机组信息与车间和工厂信息系统实现数据共享。工控机与西门子S7-400系列PLC功能独立，减少相互制约，方便后期的电控升级，为简化布线，选用PLC模块和采用总线技术。由触摸屏实现网络间的通讯并提供较好的人机界面和方便的数据调整功能。
２．阀岛技术在ZJ17卷接机组改进上的应用
ZJ17卷接机组是中国烟机公司于1993年从德国HAUNI公司引进的卷接机型，生产能力7000支/分钟，根据用户的需要，对其气动控制单元进行了改进。
２．１原气动控制单元的缺点
ZJ17卷接机组及其连接设备由于是上世纪80年代末的设计产品，其气动元件采用的是分立电磁阀控制，具有以下缺陷。
２．１．１系统中将包含大量的分立元件及连接所需的大量管件和接插件，其中一个元件发生故障往往会引起整个设备的运行不正常。
２．1．２同时系统中使用大量管件和信号连线会使漏气、堵塞、虚接或短路等引发的故障升高，为设备的管理和维护带来困难。
２．1．３对烟机制造厂而言，对所有分立元件进行选型、验收、组装、调试及整机安装也费时费力，且常因人为因素出现错误。
２．1．４分立元件的安装，需要大量的电气接线和气路安装，就意味着人工费用的增加。
2.2具体实施
就卷烟机而言，由于使用的电磁阀相当多，控制系统十分复杂，一般采用分散控制方式，根据布局将基本模块分成几个动作单元，分别由最近的阀岛控制使控制管道和传感器信号线最短。当一个模块使用超过一个阀岛时，各阀岛间用总线连接;以主级可编程控制器为整套系统的控制中心，它与各模块的主控阀岛通过现场总线联网。将卷烟机按布局分成两个阀岛群，每个阀岛群有一个总线转换器，将PROFIBUS-DP总线和ASI总线进行转换。在PROFIBUS-DP总线中，每个阀岛群是一个DP地址，可接受或发送64位(BIT)数据，相对于数字量嘟来说，可接受或发送64个数字量信号。每个阀岛有16个输入点，也就是说一个总线转换器可带4个阀岛。每个阀岛群有3个阀岛和两个8位的数字量输入输出板，刚好是64个数字量输入输出点，充分利用了资源，这样不仅保证了阀岛驱动相应的气动执行器件，还可以将阀岛附近的传感器信号通过阀岛直接传输到PLC或将小功率的执行件驱动信号从PLC传给执行件。
3.结论
（１）通过高速发展的机电一体化技术，对卷烟机传动及气动驱动系统进行全新设计，以模块化及分散控制为原则，大量应用电子凸轮、电子齿轮以及阀岛控制技术，尽量简化机器传动及气动系统;（２）采用软PLC为主控器，将工作站与主控器合二为一，形成管控高度结合的卷烟机控制系统，简化系统层次和网络结构;（３）依据欧美标准，严格评估卷烟机危险性分级，并采用当今国际先进的安全保护控制技术，设计卷烟机安全保护控制电路，使产品安全性能与国际接轨;（４）精简卷烟机主控器的任务，细化控制功能，将特殊子功能从主控器中剥离，作为专一的子功能模块，从而形成专项专控，进一步提高系统的速度。上述针对卷烟机控制系统的四条新思路，对当前国内烟机制造企业具有一定的参考价值，为烟机制造业的发展起到了一定的借鉴作用。■
【参考文献】
［１］周密,李彦,苏爱林,吉华.基于Windows NT开放式数控系统实时扩展技术研究[J]计算机工程与应用,2004,(25).
［２］张明慧,张尧禹,黄廉卿.多线程技术在实时测量系统中的应用[J].计算机应用研究, 2004,(08).
【关键词】卷烟;自动控;技术改造
当前，随着机电一体化技术的迅速发展，卷烟生产企业为了方便生产产品规格转换、设备维护以及生产管理和操作对机电一体化技术在卷烟机上的应用很感趣，并支持烟机制造企业在现有设备上对原有设备进行改进，在这方面有很多成功的应用范例。
１．伺服驱动在PROTOS70卷烟机改造上的应用
在对一台原德国HAUNI公司的PROTOS70卷烟机进行大修过程中，我们应用伺服同步驱动对其传动系统进行了改造。
１．１原传动系统的缺陷
PROTOS7O卷烟机以主电机(直流调速)为主动力，带8个传动箱完成刀盘/蜘蛛手、布带轮和吸丝带、钢印、盘纸加速、针辊、劈刀、接装机等驱动，主要有以下缺陷:
１．１．１卷接机高速旋转零部件多，传动结构复杂，撞击件和空气动力系统较多。传统的机械式的凸轮传动机构，机组运行时传动链较长、噪声大、润滑齿轮箱易漏油、维修不方便，增加了设备维修量。
１．１．２速度控制器(检测电路板)接收来自电机的电压信号，进行频率识别，当频率超过速度控制器设置的极限时，发出故障信号，电机停止工作。系统的辅助控制命令来自机身上的光电开关、限位开关及供丝机的时钟处理卡等，发生故障后，不便查找与排除，也不便于系统参数的调整与调试，影响系统的可靠性。
１．１．３监控部分主要由电路板组成，电路板易老化，维护困难，使得系统控制精度不高，易出现提升烟丝不均匀的现象。
１．１．４换向器表面线速度及换向电流、电压有一极限允许值，超过此极限时就只能采用更复杂的方案，增加了电机制造的难度与成本，增加了调速系统的复杂性。另外，为保持换向器的可靠性，电枢及换向器的直径一般都比较大，因此电机的转动惯量就大，不利于系统的快速性，调速性能难于提高。
１．１．５直流电机配置的机械换向器、电刷等，必然有换向火花，其应用环境受到限制，同时需经常清洁整流子，更换电刷，其安全性、可维护性差。
１．２具体实施
交流伺服驱动系统的高度集成化、智能化、模块化和网络化的特性是工业控制设备的流行趋势，采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机(DSP)的伺服控制单元全面取代以模拟电子器件为主的电路板控制，降低系统功耗，提高系统的响应速度，降低运行噪音。
针对卷接机组旧的传动系统中存在的问题进行技术改进，采用交流伺服驱动系统代替原结构。利用交流伺服系统良好的稳定性(不存在齿轮间隙积累误差)，改进后的卷接机组不仅有效避免长短烟的出现，也可避免由于传动系统速度波动而造成的烟支空头等问题。
改造后的卷烟机取消刀盘/蜘蛛手齿轮箱、布带轮齿轮箱和吸丝带、钢印、盘纸加速、针辊、劈刀、接装机主驱动传动八个齿轮箱，采用伺服电机独立驱动。AMK公司AZ20型的中央控制模块最多能连接8个驱动模块，选用它比较经济;实现多目标优化控制。各电机的运行由伺服系统的中央控制模块和PLC控制。在使用过程中，根據需要设置参数，如控制方式设定(位置控制/速度控制/转矩控制方式或组合方式)、增益设定(位置环增益、速度环增益、速度环积分时间常数)、速度指令输入增益设定等。项目的总体设计以模块化、总线化、网络化思想为指导，充分考虑系统的先进性、稳定性和可靠性，遵循易操作、便维护、易扩展、便升级的原则。伺服系统采用工控机作为上位机，实现全面数据采集和处理，进行数据分析和计算。通过工控机预留的以太网卡，将机组信息与车间和工厂信息系统实现数据共享。工控机与西门子S7-400系列PLC功能独立，减少相互制约，方便后期的电控升级，为简化布线，选用PLC模块和采用总线技术。由触摸屏实现网络间的通讯并提供较好的人机界面和方便的数据调整功能。
２．阀岛技术在ZJ17卷接机组改进上的应用
ZJ17卷接机组是中国烟机公司于1993年从德国HAUNI公司引进的卷接机型，生产能力7000支/分钟，根据用户的需要，对其气动控制单元进行了改进。
２．１原气动控制单元的缺点
ZJ17卷接机组及其连接设备由于是上世纪80年代末的设计产品，其气动元件采用的是分立电磁阀控制，具有以下缺陷。
２．１．１系统中将包含大量的分立元件及连接所需的大量管件和接插件，其中一个元件发生故障往往会引起整个设备的运行不正常。
２．1．２同时系统中使用大量管件和信号连线会使漏气、堵塞、虚接或短路等引发的故障升高，为设备的管理和维护带来困难。
２．1．３对烟机制造厂而言，对所有分立元件进行选型、验收、组装、调试及整机安装也费时费力，且常因人为因素出现错误。
２．1．４分立元件的安装，需要大量的电气接线和气路安装，就意味着人工费用的增加。
2.2具体实施
就卷烟机而言，由于使用的电磁阀相当多，控制系统十分复杂，一般采用分散控制方式，根据布局将基本模块分成几个动作单元，分别由最近的阀岛控制使控制管道和传感器信号线最短。当一个模块使用超过一个阀岛时，各阀岛间用总线连接;以主级可编程控制器为整套系统的控制中心，它与各模块的主控阀岛通过现场总线联网。将卷烟机按布局分成两个阀岛群，每个阀岛群有一个总线转换器，将PROFIBUS-DP总线和ASI总线进行转换。在PROFIBUS-DP总线中，每个阀岛群是一个DP地址，可接受或发送64位(BIT)数据，相对于数字量嘟来说，可接受或发送64个数字量信号。每个阀岛有16个输入点，也就是说一个总线转换器可带4个阀岛。每个阀岛群有3个阀岛和两个8位的数字量输入输出板，刚好是64个数字量输入输出点，充分利用了资源，这样不仅保证了阀岛驱动相应的气动执行器件，还可以将阀岛附近的传感器信号通过阀岛直接传输到PLC或将小功率的执行件驱动信号从PLC传给执行件。
3.结论
（１）通过高速发展的机电一体化技术，对卷烟机传动及气动驱动系统进行全新设计，以模块化及分散控制为原则，大量应用电子凸轮、电子齿轮以及阀岛控制技术，尽量简化机器传动及气动系统;（２）采用软PLC为主控器，将工作站与主控器合二为一，形成管控高度结合的卷烟机控制系统，简化系统层次和网络结构;（３）依据欧美标准，严格评估卷烟机危险性分级，并采用当今国际先进的安全保护控制技术，设计卷烟机安全保护控制电路，使产品安全性能与国际接轨;（４）精简卷烟机主控器的任务，细化控制功能，将特殊子功能从主控器中剥离，作为专一的子功能模块，从而形成专项专控，进一步提高系统的速度。上述针对卷烟机控制系统的四条新思路，对当前国内烟机制造企业具有一定的参考价值，为烟机制造业的发展起到了一定的借鉴作用。■
【参考文献】
［１］周密,李彦,苏爱林,吉华.基于Windows NT开放式数控系统实时扩展技术研究[J]计算机工程与应用,2004,(25).
［２］张明慧,张尧禹,黄廉卿.多线程技术在实时测量系统中的应用[J].计算机应用研究, 2004,(08).