蔡涵康，周  辰，翟  青

1  引言

    纖維濾棒成型機是制造卷煙過(guò)濾嘴必不可少的設備之一。它所生產(chǎn)的濾棒經(jīng)切割處理后成為符合要求的香煙過(guò)濾嘴。煙嘴質(zhì)量的好壞直接影響到香煙的口感和對煙氣中有害物質(zhì)的過(guò)濾。近年來(lái)，隨著(zhù)卷煙生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是卷煙生產(chǎn)自動(dòng)化水平和生產(chǎn)管理信息化水平的不斷提高，各煙廠(chǎng)對濾棒質(zhì)量和濾棒生產(chǎn)設備的性能提出了更新、更高、更嚴格的要求。

2  技術(shù)改造

2.1 技術(shù)改造方案的提出
    按照工藝要求，制造濾棒的原料-纖維絲束在成型以前必須經(jīng)開(kāi)松輥開(kāi)松，并按照質(zhì)量要求添加增塑劑。機組原型如圖1所示：輥輪A為前張緊輥，輥輪B為后張緊輥。運行時(shí)，這組輥輪會(huì )產(chǎn)生相對速度差，從而產(chǎn)生不同的張緊效果。機組借此對輸入絲束進(jìn)行張緊處理，調節它們之間的速比可以生產(chǎn)出不同要求的濾棒。輥輪C為輸出輥，主要用于提供絲束前進(jìn)的動(dòng)力；輥輪D為一組變速箱，用于噴灑增塑劑，調節其速比，可以控制單位長(cháng)度內濾棒內增塑劑的含量。在原先的機組中，這些動(dòng)作由主電機帶動(dòng)齒輪組件來(lái)實(shí)現傳動(dòng)，依靠無(wú)級變速箱進(jìn)行調速。這套機械傳動(dòng)存在一定的不足，例如：無(wú)級變速箱存在漏油問(wèn)題，機械傳動(dòng)系統在工作過(guò)程中產(chǎn)生的噪音和震動(dòng)較大，溫度較高，機械傳動(dòng)件長(cháng)期工作易磨損等。

    針對上述問(wèn)題，筆者設計采用伺服系統代替原有機械傳動(dòng)的方案，用伺服電機直接帶動(dòng)輥子和增塑劑噴灑裝置, 變原有的鏈傳動(dòng)和無(wú)級變速箱為伺服電子軸和電子齒輪。

2.2 技術(shù)改造的硬件部分

    本伺服系統的硬件部分選用德國倫茨（Lenze）公司的9300系列交流伺服系統，包括：

    (1)   五臺伺服電機 一臺電機取代原來(lái)的主電機。三臺電機作為從動(dòng)電機，分別帶動(dòng)兩個(gè)開(kāi)松輥和一個(gè)輸送輥，依靠電子齒輪與主機實(shí)現同步聯(lián)動(dòng)。一臺配備減速機帶動(dòng)增塑劑泵，其轉速與主機有嚴格比例關(guān)系。

    (2)   五個(gè)伺服控制器 分別對應控制五臺電機。

    (3)   一個(gè)制動(dòng)斬波器 對電壓進(jìn)行斬波處理，實(shí)現電機制動(dòng)控制。

    (4)   兩個(gè)制動(dòng)電阻 用于消耗制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的能量。

    (5)   五個(gè)濾波器 用于消除電機輸入電壓的高次諧波，去除電磁干擾，起穩定電壓效果。

    (6)   PROFIBUS-DP總線(xiàn)及通訊端口一套 用于伺服控制器和上位PLC間的通訊。

    (7)   主電機與從動(dòng)電機的速度同步采用Lenze公司9300交流伺服控制器特有的數頻級聯(lián)控制（如圖2所示），速度比例可通過(guò)比例系數來(lái)調節，簡(jiǎn)單可靠，又不會(huì )增加PLC的編程量。

2.3   技術(shù)改造的軟件部分

    本伺服系統采用Lenze公司的Global Drive Control(GDC)控制軟件，通過(guò)CAN-BUS總線(xiàn)，對伺服控制器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，并完成各項參數的設定以及功能塊的連接，同時(shí)還可以進(jìn)行現場(chǎng)監控，使操作者隨時(shí)了解電機當前的運轉狀況。

3  信號控制流程

    本系統依靠PROFIBUS-DP總線(xiàn)完成伺服控制器之間以及伺服控制器與上位PLC之間的通訊。PLC與伺服控制器之間通過(guò)參數通道和過(guò)程通道相互傳遞數據信息。參數通道的特點(diǎn)是可以傳送64位的長(cháng)數據，但其傳送速度比較低，一般在10ms級；而過(guò)程通道傳送速度比較快，其速度一般在1ms級，但是只能傳輸16位的數據。

    (1) 主電機的信號流程如圖3所示，由于主電機的車(chē)速信號需要經(jīng)常改變，對其傳輸速度有要求，所以該信號由PLC過(guò)程通道給出。

    該信號由DP總線(xiàn)傳入控制器后，經(jīng)過(guò)一個(gè)可定義的斜坡環(huán)節，如果輸入速度信號不變，則該函數不起作用；一旦速度信號發(fā)生改變，則原速度信號按照這個(gè)斜坡爬升或下降到給定轉速，本系統主電機的上下坡時(shí)間由PLC給出。由于時(shí)間信號比較大，而且是直接寫(xiě)到控制器的內部參數中，所以該信號通過(guò)參數通道傳送。

    如果機組在運行中發(fā)生故障，PLC收到故障信號，通過(guò)過(guò)程通道發(fā)送急停命令，要求伺服電機緊急停車(chē)。由于發(fā)生了故障，為了避免損失要求機組能夠以最快的速度停車(chē)，PLC原來(lái)給出的下坡時(shí)間可能過(guò)大，所以控制器將選擇較小的下坡時(shí)間來(lái)停車(chē)。當急停信號給出的同時(shí)，速度信號將通過(guò)選通輸入另一個(gè)斜坡（選通信號也由PLC給出），這個(gè)斜坡的下降時(shí)間是事先設定的0.5秒，專(zhuān)門(mén)用于停車(chē)。

    速度信號經(jīng)過(guò)斜坡函數后，經(jīng)過(guò)反相、上升、限幅等環(huán)節的處理后，得到比較穩定準確的信號，然后該信號進(jìn)入速度控制環(huán)節。為了得到較好的調速效果，本伺服系統采用旋轉變壓器的反饋方式進(jìn)行速度控制。旋轉變壓器信號反饋至控制器后，經(jīng)過(guò)增益等處理后，轉變?yōu)檗D速信號，這時(shí)該信號描述的是當前實(shí)際轉速。筆者將它與給定速度信號形成負反饋進(jìn)行比較，產(chǎn)生的差值經(jīng)過(guò)處理形成加速度信號傳送到下個(gè)環(huán)節。如果兩者之間差值為零，則說(shuō)明當前轉速與給定值相同，于是電機輸出轉矩等于當前負載力矩，速度保持不變。如果兩者產(chǎn)生正差值，則說(shuō)明實(shí)際轉速小于給定轉速，控制器將差值轉換為加速度信號，使電機產(chǎn)生正向大于負載力矩的轉矩，使電機逐漸加速，同時(shí)繼續比較給定值和實(shí)際值之間的差值，直到兩者相等（兩者差值為負，情況相同）。

    然后，將信號值送到PWM環(huán)節中，由控制器調節施加在電機上的電壓頻率值來(lái)達到調速的目的。同時(shí)讀取旋轉變壓器的信號，經(jīng)過(guò)轉換后通過(guò)過(guò)程通道傳回給PLC。