林拓?楊曉翔

摘 要：前國外廠家研發(fā)的最新的卷煙機(jī)在全國卷煙制造企業(yè)當(dāng)中，廣泛使用ZJ17卷接機(jī)組作為卷煙卷制環(huán)節(jié)的主力機(jī)型，該機(jī)型的卷制成形機(jī)其主傳動(dòng)系統(tǒng)中大量采用了皮帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。本文主要分析了ZJ17卷煙機(jī)平準(zhǔn)器傳動(dòng)過程的缺陷，針對(duì)伺服獨(dú)立驅(qū)動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，提出了在ZJ17卷煙機(jī)上應(yīng)用獨(dú)立伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)替代原來齒輪傳動(dòng)模式的解決辦法。

關(guān)鍵詞：ZJ17；平準(zhǔn)器；伺服驅(qū)動(dòng)

ZJ17卷煙設(shè)備是中國煙草目前主要的卷煙生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)過程中，因煙絲里偶爾含有雜質(zhì)，容易造成劈刀、傳動(dòng)齒形帶以及傳動(dòng)箱內(nèi)部的零部件損壞，修復(fù)設(shè)備造成的停機(jī)時(shí)間較長，且維修勞動(dòng)強(qiáng)度高，維修后對(duì)設(shè)備的傳動(dòng)精度有影響。平準(zhǔn)器是煙支重量控制系統(tǒng)的重要組成部分，直接關(guān)系到煙支的各項(xiàng)物理指標(biāo)是否符合工藝要求。若要減少該設(shè)備的維修工作量且提高煙支重量、空頭率等關(guān)鍵物理指標(biāo)必須對(duì)平準(zhǔn)器的傳動(dòng)方式進(jìn)行改進(jìn)。

1 平準(zhǔn)器傳動(dòng)過程的缺陷

1. 平準(zhǔn)器處于傳動(dòng)鏈的末端，主電機(jī)通過主傳動(dòng)齒輪箱、同步齒形帶、吸絲傳動(dòng)齒輪箱傳動(dòng)平準(zhǔn)器，傳動(dòng)路線長，涉及的零件多，當(dāng)平準(zhǔn)器因?yàn)闊熃z雜質(zhì)而卡死時(shí)，常常造成較大范圍的機(jī)械損傷，維修時(shí)間長、強(qiáng)度高。

2. 齒輪、同步齒形帶等零件磨損，直接影響平準(zhǔn)器的運(yùn)動(dòng)精度、位置精度及運(yùn)行平穩(wěn)性，從而影響卷煙的產(chǎn)品質(zhì)量。

3. 吸絲傳動(dòng)齒輪箱、平準(zhǔn)器采用集中強(qiáng)制潤滑，零件磨損、密封件老化等原因引起齒輪箱漏油，產(chǎn)品安全存在隱患。

4. 齒輪防過載能力差，若平準(zhǔn)器卡到異物易引起吸絲傳動(dòng)齒輪箱、平準(zhǔn)器中齒輪的損壞，維修時(shí)間長，工作強(qiáng)度大。

2 平整器伺服控制的總體思路

采用伺服系統(tǒng)替代原有的平整盤傳動(dòng)系統(tǒng)，取消帶傳動(dòng)。改進(jìn)思路主要解決四個(gè)問題：減少傳動(dòng)鏈特別是帶傳動(dòng)；減少傳動(dòng)的漏油點(diǎn)；精確實(shí)現(xiàn)平整器與刀盤的同步運(yùn)動(dòng)；劈刀盤凹槽相對(duì)于刀盤切刀同步位置；實(shí)現(xiàn)平整器對(duì)重量的精確調(diào)整。

新型的平整器傳動(dòng)系統(tǒng)主要由伺服電機(jī)，伺服控制器，軸編碼器，可視化操作屏以及電控軟件程序等組成。工作原理如圖1所示，軸編碼器跟蹤卷煙機(jī)主傳動(dòng)（主傳動(dòng)箱刀盤）的速度，由上位機(jī)設(shè)置劈刀盤凹槽相對(duì)于刀盤切刀同步性參數(shù)，而伺服控制器檢測(cè)劈刀盤凹槽相對(duì)于刀盤切刀同步性，當(dāng)兩者同步性與上位機(jī)設(shè)置的參數(shù)位置出現(xiàn)偏差時(shí)，可通過其位置反饋于伺服電機(jī)，通過伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)平整器速度的調(diào)整，使之與卷煙機(jī)主傳動(dòng)速度同步，從而實(shí)現(xiàn)平整器與卷煙機(jī)主傳動(dòng)的同步調(diào)節(jié)。

3 改進(jìn)實(shí)施

3.1 確定電機(jī)安裝位置

伺服獨(dú)立驅(qū)動(dòng)改造就是將原機(jī)傳統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)改為伺服電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。因此需要通過分析上述原機(jī)傳動(dòng)路線圖來確定伺服電機(jī)的安裝位置和連接形式，并且要考慮改造后因潤滑點(diǎn)的減少，造成原潤滑系統(tǒng)各潤滑定的壓力和流量產(chǎn)生的變化。

3.1.1.取消原先的齒形帶、張緊輥、齒形帶輪Z=20或Z=16）、輸入軸101和齒輪系（Z=20、Z=34和Z=20）。伺服電機(jī)通過法蘭盤安裝在供料成條機(jī)吸絲傳動(dòng)齒輪箱的前蓋板上，伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與平準(zhǔn)器的傳動(dòng)軸103連接。

3.1.2.取消原先的齒形帶、張緊輥、齒形帶輪（Z=34）、輸入軸109和齒輪系（Z=68、Z=68、Z=37和Z=51）。伺服電機(jī)通過法蘭盤安裝在供料成條機(jī)吸絲傳動(dòng)齒輪箱的后箱體上，伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器與吸絲成形的萬向聯(lián)軸節(jié)W1連接。

3.2 伺服控制器確定

伺服控制器（MDX61B）是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的核心部件，它集成有IPOS定位和順序控制系統(tǒng)，通過選用相關(guān)的擴(kuò)展功能插件，除了相關(guān)標(biāo)配的功能以外，此伺服控制器還具有“電子凸輪”和“內(nèi)部同步”應(yīng)用功能；在此改造系統(tǒng)中，主要利用伺服控制器的“內(nèi)部同步”功能，結(jié)合對(duì)卷煙機(jī)平準(zhǔn)器機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析，在卷煙機(jī)后身的第二道同步帶輪處安裝系統(tǒng)選用的絕對(duì)值編碼器（AV1H），通過計(jì)算平準(zhǔn)器和安裝編碼器處同步帶輪齒數(shù)比，得到內(nèi)部同步所需的電子齒輪比（平準(zhǔn)器同步帶輪齒數(shù)/安裝編碼器處齒數(shù)=20 / 40）；得到位置同步功能所需要的絕對(duì)位置比例關(guān)系（20/40）后，使用SEW自帶的MOVITOOLS軟件編輯自己所需要的邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)系統(tǒng)工作工藝與控制要求。

3.3. 電機(jī)控制信號(hào)采集

原機(jī)在平準(zhǔn)器傳動(dòng)方面使用齒形帶輪與同步皮帶進(jìn)行傳動(dòng)，因齒形帶輪的齒數(shù)的不同，形成了機(jī)器在不同部位所需要的不同速度和一定的相位比例；使用伺服獨(dú)立驅(qū)動(dòng)難點(diǎn)就是要使得主機(jī)傳動(dòng)與平準(zhǔn)器要保證一定的相位關(guān)系。

特引入同步伺服控制系統(tǒng)中“電子齒輪比”概念，通常機(jī)械傳動(dòng)是利用一定的齒數(shù)比實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控后，最大的變化就是直驅(qū)。電子齒輪比一般是利用旋轉(zhuǎn)軸裝配的角度編碼器或旋轉(zhuǎn)編碼器的分度功能，使用數(shù)控或驅(qū)動(dòng)裝置中的計(jì)數(shù)功能，使兩軸按一定比例旋轉(zhuǎn)，這就是電子齒輪比。

使用“電子齒輪比”實(shí)現(xiàn)機(jī)械上一定傳動(dòng)比例關(guān)系就要使用相應(yīng)的檢測(cè)元器件（編碼器），編碼器（encoder）是將信號(hào)（如比特流）或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。

編碼器產(chǎn)生電信號(hào)后由數(shù)控制置CNC、可編程邏輯控制器PLC、控制系統(tǒng)等來處理。在ELTRA編碼器中角位移的轉(zhuǎn)換采用了光電掃描原理。讀數(shù)系統(tǒng)是基于徑向分度盤的旋轉(zhuǎn)，該分度由交替的透光窗口和不透光窗口構(gòu)成的。此系統(tǒng)全部用一個(gè)紅外光源垂直照射，這樣光就把盤子上的圖像投射到接收器表面上，該接收器覆蓋著一層光柵，稱為準(zhǔn)直儀，它具有和光盤相同的窗口。接收器的工作是感受光盤轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的光變化，然后將光變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電變化。一般地，旋轉(zhuǎn)編碼器也能得到一個(gè)速度信號(hào)，這個(gè)信號(hào)要反饋給變頻器，從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出數(shù)據(jù)。

按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。增量式編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過計(jì)數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)來電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。解決的方法是增加參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn)，開機(jī)找零等方法。

多圈絕對(duì)式編碼器。編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過齒輪傳動(dòng)另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴(kuò)大編碼器的測(cè)量范圍，這樣的絕對(duì)編碼器就稱為多圈式絕對(duì)編碼器，它同樣是由機(jī)械位置確定編碼，每個(gè)位置編碼唯一不重復(fù)，而無需記憶。多圈編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于測(cè)量范圍大，實(shí)際使用往往富裕較多，這樣在安裝時(shí)不必要費(fèi)勁找零點(diǎn)，將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了，而大大簡化了安裝調(diào)試難度。多圈式絕對(duì)編碼器在長度定位方面的優(yōu)勢(shì)明顯，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。

通過對(duì)編碼器相關(guān)概念的了解，綜合原機(jī)平準(zhǔn)器傳動(dòng)技術(shù)要求；通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，采用多圈絕對(duì)值編碼器作為電機(jī)的速度與相位信號(hào)，能完全達(dá)到原機(jī)的同步帶輪以帶輪的齒數(shù)比實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制要求。

參考文獻(xiàn)

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2 德國HAUNI公司.PROTOS機(jī)械操作手冊(cè)