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摘要：本文分析了ZJ17卷烟机盘纸拼接系统存在的不足，针对原系统测量精度低、搭接不稳定等情况，提出了基于交流伺服控制技术的系统改进方案并且成功实施。
关键词：交流伺服控制技术；卷烟机；盘纸拼接
ZJ17卷烟机盘纸拼接系统备用盘纸的加速由直流电机驱动，受控制精度的局限，盘纸拼接时加速电机不能准确跟踪卷烟机的速度，高速拼接成功率低，经常断纸停机，影响设备效率，并造成了原辅材料的浪费。本方案采用交流伺服控制技术，在盘纸拼接时由安装在运行盘纸传动机构上的高精度旋转编码器采集运行盘纸的即时速度信号，交流伺服电机驱动備用盘纸逐渐加速，当备用盘纸与运行盘纸的线速度同步时完成搭接动作。新盘纸拼接系统能对备用盘纸的速度进行有效控制，控制精度高、同步性好。
1.设备现状及存在问题
ZJ17卷烟机额定生产能力7000支/分，设备以额定速度运行时盘纸线速度为6.88米/秒，盘纸直径650毫米，每12分钟更换一次盘纸。ZJ17卷烟机盘纸拼接系统采用动态拼接方式，即在用盘纸运行到设定的搭接直径时，胶带架进入工作位，备用盘纸开始加速，当备用盘纸加速到与在用盘纸速度相同时，盘纸执行搭接动作，胶带架复位，搭接前的备用盘纸成为在用盘纸，搭接前的在用盘纸成为备用盘纸，原在用盘纸架在制动机构作用下停止运转，剩余盘纸被更换为新盘纸后，进入备用状态。
ZJ17卷烟机盘纸拼接时备用盘纸的加速由直流电机驱动。直流电机具有调速性能优异、过载能力强、调速曲线硬等优点，但同时存在可靠性差、寿命短、维护不便等不足。受直流调速系统控制精度的局限，盘纸拼接瞬间备用盘纸的速度和在用盘纸的速度不完全一致，在盘纸拼接过程中经过烟枪的卷烟纸剧烈抖动，并且卷烟机速度越高抖动情况越明显。在卷烟机高速运行时，盘纸拼接过程中卷烟纸的剧烈抖动，极易断纸导致拼接失败，从而造成原辅材料的浪费和设备有效作业率的下降。所以卷烟生产企业在实际生产中都采用减速拼接方式进行盘纸拼接，即在用盘纸达到拼接直径时，卷烟机降速到额定速度的80%完成盘纸拼接后，再恢复到拼接前速度运行。降速拼接方式虽然提高了盘纸拼接的成功率，但仍不能消除卷烟纸抖动对卷烟质量的影响。通常，盘纸拼接过程在10秒内完成，卷烟机先减速后加速，卷烟机速度的急剧变化会打破烟丝供给系统的平衡，从而造成烟枪供丝不均，使生产的烟支出现竹节烟、空头烟，影响烟支重量偏差的控制。另外，卷烟纸受力不均匀还会出现跑牌子的情况。
卷烟机以额定速度运行时，每隔12分钟就需要更换一次盘纸，而每更换一次盘纸就要浪费10米以上的盘纸，这就造成了原辅材料的过度消耗。在降速拼接过程时，卷烟机速度的降低还会减少卷烟生产产量，从而影响卷接设备的有效作业率。
从以上分析可以看出，盘纸降速拼接方式对卷烟质量影响较大，高速拼接方式可以一定程度上避免产品质量的波动，但直流调速系统在拼接时容易造成卷烟纸抖动，致使拼接成功率不高。
2.改造方案
随着伺服控制技术的发展，交流伺服控制系统已具备十分优良的低速性能，可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性好、运行效率高，交流伺服系统取代直流调速系统已成为电机调速领域的发展趋势。
轴编码器通过光电转换将机械位移量转换成脉冲信号，具有分辨率高、抗干扰能力强、可靠性高等优点。通过在盘纸驱动辊上加装增量型编码器，采集在用盘纸线速度的方式，与电感式检测器采集烟枪脉冲的方式相比，由于采集点更近、脉冲分辨率更高，能使新系统在提高速度检测精度的同时提高系统的可靠性。
将原盘纸拼接系统的直流电机更换为交流伺服电机，将直流调速单元更换为交流伺服器，为盘纸驱动辊上加装增量型编码器。通过编码器的采样信号对交流伺服控制器进行控制，盘纸到达拼接直径后由伺服电机驱动备用盘纸逐渐加速，当备用盘纸与在用盘纸的线速度同步时完成搭接动作。
新盘纸拼接系统采用德国进口Lenze9300系列伺服控制器及配套电机，采用施耐德增量型轴编码器采集盘纸驱动辊的脉冲信号，盘纸拼接时备用盘纸跟随在用盘纸速度，组成位置随动系统。通过设定合适的电子齿轮比使备用盘纸与运行盘纸达到1：1的同步速度，拼接程序启动后，伺服控制器执行斜坡加速、跟随程序，在伺服电机作用下备用盘纸被缓慢拉出并逐渐加速至在用盘纸的速度，同时输出拼接信号驱动拼接阀接纸。整个过程伺服电机完成了启动、加速、同步、减速、停止等动作。Lenze伺服系统硬件结构简单，采用程序化控制方式实现精确位置控制，其响应速度快、加速时间短、运行可靠。与原盘纸拼接系统相比，新系统具有以下优特点：
2.1.可以实现稳定地全速拼接，减轻烟支钢印的高低波动，减少竹节烟、空头烟的产生，减轻烟支重量的波动，有利于烟条成型，提高卷烟质量。
2.2.由于实现了卷烟机高速拼接，直接提高了卷烟生产产量，提高了卷接设备有效作业率。
2.3.当卷烟机采用降速拼接方式时，可实现纸库内剩余纸长不超过6米；当卷烟机采用全速拼接方式时，可实现纸库内剩余纸长不超过8米。节省了卷烟机盘纸，节约意义重大。
2.4.该装置支持升级后的ZJ17卷烟机的盘纸拼接，即可以在卷烟机每分钟8000支/分的状态下实现高速拼接。
2.5.该装置设有“盘纸拼接剩余纸量选择功能”，可由挡车工根据卷烟盘纸的厚薄、张力大小灵活设定盘纸拼接的剩余纸量，以达到卷烟机最佳拼接拼接状态。
2.6.该装置完全独立，结构简单，操作方便。并且改造后的卷烟机盘纸供纸装置与原有系统的操作功能和操作方式均保持不变，接线方式均保持不变，不会对原机器造成任何影响。
3.社会效益和经济效益
3.1.社会效益
ZJ17卷烟机采用交流伺服技术对盘纸拼接系统改进后，盘纸拼接过程中牌子跑偏的情况有明显改善，说明盘纸拼接过程中卷烟纸抖动的情况明显减轻。盘纸拼接过程中减少在用盘纸的抖动，能够有效避免烟丝不均匀的情况出现，从而使盘纸拼接过程中不再出现竹节烟、空头烟，减轻拼接对烟支重量偏差波动的影响。
3.2.经济效益
ZJ17卷接机组在完成盘纸拼接过程中，每拼接一次盘纸约浪费12米盘纸，每台卷接设备单班需用55盘，每天三班生产共用165盘左右盘纸，每天每台卷接设备共浪费卷烟盘纸12米×165=1980米左右。现在通过盘纸拼接改造可使卷烟机每更换一次盘纸进纸量由12米降为6米以下，也就是每天每台卷接设备最少节约盘纸6米×165=990米。以一拥有15台ZJ17卷接机组的卷烟厂为例，则每天可节约15×990米=14850米盘纸。
由于卷烟机降速拼接时，速度降低势必会使产量减低。假设降速过程在5-10秒左右，按生产车速7000支/分、平均拼接速4500支/分估算，则每进行一次拼接，就会少生产烟支200-400支。按正常班产计算，每台设备单班需用55盘，三班共用165盘盘纸左右，则少生产烟支33000-66000支。对盘纸拼接系统进行改造后，相当于每台卷接设备每天多生产烟支33000-66000支。以一拥有15台ZJ17卷接机组的卷烟厂为例，在不增加人员、动力消耗情况下，则每天可多生产495000-990000支烟，增产降耗效果明显。
参考文献
[1]德国Lenze公司.Lenze9300标准型伺服控制器操作说明书
[2]德国HAUNI公司.PROTOS70卷烟机电气操作手册，1995.
[3]德国HAUNI公司.PROTOS70卷烟机机械维修手册，1995.
作者简介：董胜利（1979-），本科，助理工程师，主要从事烟机设备维护与改进研究。
关键词：交流伺服控制技术；卷烟机；盘纸拼接
ZJ17卷烟机盘纸拼接系统备用盘纸的加速由直流电机驱动，受控制精度的局限，盘纸拼接时加速电机不能准确跟踪卷烟机的速度，高速拼接成功率低，经常断纸停机，影响设备效率，并造成了原辅材料的浪费。本方案采用交流伺服控制技术，在盘纸拼接时由安装在运行盘纸传动机构上的高精度旋转编码器采集运行盘纸的即时速度信号，交流伺服电机驱动備用盘纸逐渐加速，当备用盘纸与运行盘纸的线速度同步时完成搭接动作。新盘纸拼接系统能对备用盘纸的速度进行有效控制，控制精度高、同步性好。
1.设备现状及存在问题
ZJ17卷烟机额定生产能力7000支/分，设备以额定速度运行时盘纸线速度为6.88米/秒，盘纸直径650毫米，每12分钟更换一次盘纸。ZJ17卷烟机盘纸拼接系统采用动态拼接方式，即在用盘纸运行到设定的搭接直径时，胶带架进入工作位，备用盘纸开始加速，当备用盘纸加速到与在用盘纸速度相同时，盘纸执行搭接动作，胶带架复位，搭接前的备用盘纸成为在用盘纸，搭接前的在用盘纸成为备用盘纸，原在用盘纸架在制动机构作用下停止运转，剩余盘纸被更换为新盘纸后，进入备用状态。
ZJ17卷烟机盘纸拼接时备用盘纸的加速由直流电机驱动。直流电机具有调速性能优异、过载能力强、调速曲线硬等优点，但同时存在可靠性差、寿命短、维护不便等不足。受直流调速系统控制精度的局限，盘纸拼接瞬间备用盘纸的速度和在用盘纸的速度不完全一致，在盘纸拼接过程中经过烟枪的卷烟纸剧烈抖动，并且卷烟机速度越高抖动情况越明显。在卷烟机高速运行时，盘纸拼接过程中卷烟纸的剧烈抖动，极易断纸导致拼接失败，从而造成原辅材料的浪费和设备有效作业率的下降。所以卷烟生产企业在实际生产中都采用减速拼接方式进行盘纸拼接，即在用盘纸达到拼接直径时，卷烟机降速到额定速度的80%完成盘纸拼接后，再恢复到拼接前速度运行。降速拼接方式虽然提高了盘纸拼接的成功率，但仍不能消除卷烟纸抖动对卷烟质量的影响。通常，盘纸拼接过程在10秒内完成，卷烟机先减速后加速，卷烟机速度的急剧变化会打破烟丝供给系统的平衡，从而造成烟枪供丝不均，使生产的烟支出现竹节烟、空头烟，影响烟支重量偏差的控制。另外，卷烟纸受力不均匀还会出现跑牌子的情况。
卷烟机以额定速度运行时，每隔12分钟就需要更换一次盘纸，而每更换一次盘纸就要浪费10米以上的盘纸，这就造成了原辅材料的过度消耗。在降速拼接过程时，卷烟机速度的降低还会减少卷烟生产产量，从而影响卷接设备的有效作业率。
从以上分析可以看出，盘纸降速拼接方式对卷烟质量影响较大，高速拼接方式可以一定程度上避免产品质量的波动，但直流调速系统在拼接时容易造成卷烟纸抖动，致使拼接成功率不高。
2.改造方案
随着伺服控制技术的发展，交流伺服控制系统已具备十分优良的低速性能，可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性好、运行效率高，交流伺服系统取代直流调速系统已成为电机调速领域的发展趋势。
轴编码器通过光电转换将机械位移量转换成脉冲信号，具有分辨率高、抗干扰能力强、可靠性高等优点。通过在盘纸驱动辊上加装增量型编码器，采集在用盘纸线速度的方式，与电感式检测器采集烟枪脉冲的方式相比，由于采集点更近、脉冲分辨率更高，能使新系统在提高速度检测精度的同时提高系统的可靠性。
将原盘纸拼接系统的直流电机更换为交流伺服电机，将直流调速单元更换为交流伺服器，为盘纸驱动辊上加装增量型编码器。通过编码器的采样信号对交流伺服控制器进行控制，盘纸到达拼接直径后由伺服电机驱动备用盘纸逐渐加速，当备用盘纸与在用盘纸的线速度同步时完成搭接动作。
新盘纸拼接系统采用德国进口Lenze9300系列伺服控制器及配套电机，采用施耐德增量型轴编码器采集盘纸驱动辊的脉冲信号，盘纸拼接时备用盘纸跟随在用盘纸速度，组成位置随动系统。通过设定合适的电子齿轮比使备用盘纸与运行盘纸达到1：1的同步速度，拼接程序启动后，伺服控制器执行斜坡加速、跟随程序，在伺服电机作用下备用盘纸被缓慢拉出并逐渐加速至在用盘纸的速度，同时输出拼接信号驱动拼接阀接纸。整个过程伺服电机完成了启动、加速、同步、减速、停止等动作。Lenze伺服系统硬件结构简单，采用程序化控制方式实现精确位置控制，其响应速度快、加速时间短、运行可靠。与原盘纸拼接系统相比，新系统具有以下优特点：
2.1.可以实现稳定地全速拼接，减轻烟支钢印的高低波动，减少竹节烟、空头烟的产生，减轻烟支重量的波动，有利于烟条成型，提高卷烟质量。
2.2.由于实现了卷烟机高速拼接，直接提高了卷烟生产产量，提高了卷接设备有效作业率。
2.3.当卷烟机采用降速拼接方式时，可实现纸库内剩余纸长不超过6米；当卷烟机采用全速拼接方式时，可实现纸库内剩余纸长不超过8米。节省了卷烟机盘纸，节约意义重大。
2.4.该装置支持升级后的ZJ17卷烟机的盘纸拼接，即可以在卷烟机每分钟8000支/分的状态下实现高速拼接。
2.5.该装置设有“盘纸拼接剩余纸量选择功能”，可由挡车工根据卷烟盘纸的厚薄、张力大小灵活设定盘纸拼接的剩余纸量，以达到卷烟机最佳拼接拼接状态。
2.6.该装置完全独立，结构简单，操作方便。并且改造后的卷烟机盘纸供纸装置与原有系统的操作功能和操作方式均保持不变，接线方式均保持不变，不会对原机器造成任何影响。
3.社会效益和经济效益
3.1.社会效益
ZJ17卷烟机采用交流伺服技术对盘纸拼接系统改进后，盘纸拼接过程中牌子跑偏的情况有明显改善，说明盘纸拼接过程中卷烟纸抖动的情况明显减轻。盘纸拼接过程中减少在用盘纸的抖动，能够有效避免烟丝不均匀的情况出现，从而使盘纸拼接过程中不再出现竹节烟、空头烟，减轻拼接对烟支重量偏差波动的影响。
3.2.经济效益
ZJ17卷接机组在完成盘纸拼接过程中，每拼接一次盘纸约浪费12米盘纸，每台卷接设备单班需用55盘，每天三班生产共用165盘左右盘纸，每天每台卷接设备共浪费卷烟盘纸12米×165=1980米左右。现在通过盘纸拼接改造可使卷烟机每更换一次盘纸进纸量由12米降为6米以下，也就是每天每台卷接设备最少节约盘纸6米×165=990米。以一拥有15台ZJ17卷接机组的卷烟厂为例，则每天可节约15×990米=14850米盘纸。
由于卷烟机降速拼接时，速度降低势必会使产量减低。假设降速过程在5-10秒左右，按生产车速7000支/分、平均拼接速4500支/分估算，则每进行一次拼接，就会少生产烟支200-400支。按正常班产计算，每台设备单班需用55盘，三班共用165盘盘纸左右，则少生产烟支33000-66000支。对盘纸拼接系统进行改造后，相当于每台卷接设备每天多生产烟支33000-66000支。以一拥有15台ZJ17卷接机组的卷烟厂为例，在不增加人员、动力消耗情况下，则每天可多生产495000-990000支烟，增产降耗效果明显。
参考文献
[1]德国Lenze公司.Lenze9300标准型伺服控制器操作说明书
[2]德国HAUNI公司.PROTOS70卷烟机电气操作手册，1995.
[3]德国HAUNI公司.PROTOS70卷烟机机械维修手册，1995.
作者简介：董胜利（1979-），本科，助理工程师，主要从事烟机设备维护与改进研究。