1、1GDX1 包装机铝纸自动拼接系统的开发应用刘贺阳 1 张建勋 2 孙天发 1 王德吉 3 1.河南中烟工业公司驻马店卷烟厂，驻马店市南海路 1 号 463000；2.河南中烟工业公司，郑州市农业东路 29 号 450016；3.中国烟草总公司职工技术培训中心，北林路 7 号 450008【关键词】 GDX1 包装机；铝纸自动拼接；控制电路 【摘 要】 介绍了 GDX1 包装机原铝纸供给系统 的工作过程，分析了原铝纸卷拼接系统存在的缺陷，详细阐述了自行开发的铝纸自动拼接装置方案与实施情况。实际运行效果良好，表明系统的设计方案是非常成功的。Development and Application
2、Of Automatic Alufoil Reel-splicing System in GDX1 Packing MachineLIU HE-YANG1 ZHANG JIAN-XUN2 SUN TIAN-FA1 WANG DE-JI3 1.China Tobacco Henan Industrial Corporation Zhumadian Cigarette Factory， Nanhai Road，Zhumadian， Henan，4630002.China Tobacco Henan Industrial Corporation， Nongye East Road，Zhengzhou
3、， Henan，450016) 3.Training Centre of National Tobacco Monopoly Bureau,Beilin RoadZhengzhou city, 450008, China【Keyword】GDX1 packing machine； automatic Alufoil reel-splicing； control circuit 【Abstract】 Workflow of GDX1 packing machine alufoil unwinding system was given firstly, and then its deficienc
4、ies were analyzed. Then a novice program developed by us and its implementation were detailed .Finally, the new program was put into practice, and its result demonstrates the new program is successful.1 机组现状及开发目的GDX1 软盒包装机组是 90 年代初从意大利 G.D 公司引进的先进卷烟包装设备，包装速度为 400 包/分。经过技术上的消化吸收，近几年，上海烟机公司已推出代号为 ZB25
5、 包装机组的国产化机型，机组性能逐渐成熟 ，市场占有率较高。但其小盒铝纸供给部分的左右盘转换依然采用手动拼接方式，过程较为复杂，影响了设备有效作业率。为此，我们针对 GDX1 包装机组非故障停机的三个项目（更换铝纸、小盒透明纸、条盒透明纸）对机组作业率造成的影响进行了统计。GDX1 机组非故障停机情况统计表更换铝纸 更换小盒透明纸 更换条盒透明纸2用时/次 15 秒 11 秒 30 秒次数/班 25 次 10 次 2 次总用时 375 秒 110 秒 60 秒生产时间/班 10 小时 10 小时 10 小时影响设备有效作业率 1% 0.3% 0.17%从统计表可以看出，非故障停机项目中停机更换
6、铝纸对设备作业率影响较大，同时操作工劳动强度也较大。基于以上两点考虑，我们决定设计开发 GDX1包装机组铝纸自动拼接装置。2 原机组铝纸部位工作过程分析如图 1 所示，当左（或右）盘铝纸用完后，机组停机，操作工需要手动盘车至电相位 137147，用切刀将左（或右）盘铝纸切断，再将铝纸摆杆位置由左（或右）盘转向右（或左）盘，然后按下复位按钮，清除红色停机故障信息后，按启动按钮使机组再次启动运行。从停机到恢复运行，整个换纸过程熟练工需要 15 秒钟时间，每班需要更换 25 个铝纸，这样不仅操作工劳动强度大，而且还影响设备的连续运行，引起设备相关故障，设备运行效率也因此受到影响。3 方案分析与实施G
7、DX1 机组电气控制部分采用意大利 G.D 公司自行设计开发的 MICRO微机控制系统，所有的控制和工作过程都被综合在同一系统中，由一台电脑进行统一控制。应用程序采用专用高级语言G.D 语言进行编写，由于该技术的编图 1 铝纸手动拼接示意图1、摆杆 2、铝纸盘 3、手动铝纸刀 4 相位标记 5 铝纸3程语言专业性强，卷烟厂的生产车间作为设备的使用、维护部门，没有专业软件和通讯连接硬件，无法直接在原系统内部进行编程，因此我们选择独立外挂控制单元作为主控制器，设计一套逻辑控制程序，独立于原控制系统，在保留原手动拼接功能的基础上，实现自动拼接功能。按照就近取材和满足设计要求的原则，除全部引用原有系统
8、的各检测装置外，在控制和执行机构上还需要增加相位控制和切刀驱动装置，通过主控制器输出信号，切断并释放用完的铝纸盘，转换使用另外一铝纸盘。此设计方案的最大优点是：在不改变原机组电器、机械结构和功能的条件下，能够实现不停机自动切换铝纸盘功能，且其成本低、易于开发调试。经过方案分析，确定整个铝纸自动拼接装置由外部检测元件、集成控制器、中间驱动器件、气动装置、转换纸盘机构和切纸机构组成。外部检测元件的选用情况如下：相位计数检测 E2E-X5MF1-Z PNP 型接近开关 1 件；原机组左右盘用完检测 2S230、2S231，左右盘断纸检测 2S232、2S233，铝纸摆臂位置检测2S259 各 1 件
9、；集成控制器采用西门子公司 S7-200 8DI/6DO CPU222 PLC1 件；中间驱动器采用原机组编号为 V801、V814 的固态继电器 2 件；气动装置选用35A-AAA-DDFA-1BA 二位三通电磁阀和 CQSB16-10S 微型气缸各 2 件；转换纸盘机构采用原机组 2Y612 和 2Y613 电磁离合器驱动组件 2 套；切纸机构采用原机组动、静切纸刀组件 2 套。控制原理图如图 2 所示。图 2 控制原理图3.1 电气控制部分的方案实施3.1.1 编写 PLC 程序及下载通过分析原机组铝纸供给部分的工作原理，我们进行了控制程序的编写，在保留原机组手动拼接功能基础上，满足自动
10、转换功能。具体要求是：当左盘（或右盘）铝纸用完且车速运行在 100 包/分钟以上时，机组降低速度至 100 包/分钟，为切换纸盘作准备（由于 GDX1 机组铝纸转换部位机械结构的传动设计比较复杂，在切换铝纸时，若车速高于 100 包/分钟时，机组将出现铝纸短缺、2K8882Y999220V/AC电源地2Y888V801V8142/450 24VDC2/451 0VDC左侧固态继电器右侧固态继电器左侧切刀电磁阀右侧切刀电磁阀降速继电器1MI0.0I0.1I0.2I0.32MI0.4I0.5I0.6I0.7ML+1LQ0.0Q0.1Q0.22LQ0.3Q0.4Q0.5NL12/450 24VDC右
11、侧断裂左侧断裂相位计数右侧用完左侧用完摆臂位置2S2332S2322S02S2312S2302S2592/451 0VDC4阻塞等停机现象，长期运行会对该机械部件造成较为严重的磨损） ，到达拼接相位时，左盘（或右盘）切刀切断左盘（或右盘）铝纸，释放左盘（或右盘）电磁离合器，同时吸合右盘（或左盘）电磁离合器，引导另一纸盘供给工作。以此作为程序设计主题，并综合考虑了铝纸在运行中断裂、某一纸盘有供给故障、主动手动换纸、上电记忆状态、上电安全阻止切刀动作等因素，兼顾以上逻辑关系，根据西门子 S7-200 编程规范，利用西门子 STEP7-Micro/Win32 编程软件进行编程，并通过 PPI 协议下
12、载至可编程控制器 CPU222。程序流程图如图 3 所示。图 3 程序设计流程图3.1.2 设计安装控制电路GDX1 机组 MICRO系统配电柜为多层旋转设计，内部 U 型电器元件卡槽预留空间较大，在配电柜内安装 S7-200 PLC 不成问题，但其电柜内外线路连接采用针孔式接插件，铝纸部位的线路没有多余端子可用，S7-200 PLC 输入输出部分与外部检测、驱动器件的电气连接就需要另外打孔安装接插件，考虑到这样会破坏机组整体美观和密封性能，我们决定采用原机组拆除 A400 卸盘机后空置的线路进行配电柜内、外部分以及检测和驱动部分的电气连接，这样就巧妙的解决了配电线路连接问题。参考原电路图纸1
13、242001、2000001、2000101、827501，连接外部检测元件和中间驱动固态继电器接线端子，左右盘用完检测和断纸检测 PLC 输入点取自原机组电柜内 32 位数字量输入模块 N14，增加的相位计数检测和切刀电磁阀线路与电柜内部的连接都在图纸上进行了详细标注。3.1.3 降速信号的设计连接机组运行速度的降低需要通过控制变频器输出频率值的减少来实现，GDX1机组主电机驱动采用的是 UNIDRIVE SP 型变频器，通过分析、实验，我们把该是铝纸用完机组运行 否是否机组降速拼接相位到达切断用完铝纸 释放用完铝纸 吸合另一卷铝纸机组全速运行高速状态铝纸用完手动盘车铝纸断裂机组停机手动盘车
14、5变频器控制方式设定为 A1Pr 状态，利用其远程控制端子输入条件的变化来控制变频器输出频率发生变化，通过调整变频器预设速度参数，可精确控制变频器的输出频率，使机组在铝纸拼接过程中速度保持在 100 包/分钟，保证铝纸自动拼接的可靠性。3.2 机械部分的方案实施3.2.1 在 2X11 接线端子盒内打孔，安装固定电磁阀 2Y888 和 2Y999。 3.2.2 设计加工气缸固定座和气缸与切刀连接组件GDX1 机组铝纸切刀部位各部件间设计较为紧凑，我们经过测量设计，加工了气缸固定座，利用机组铝纸压纸辊轴上的固定螺丝孔作为气缸固定座的固定孔，把气缸固定在切刀部位的机架前侧。气缸动作时，带动切刀切断
15、用完的铝纸，我们在气缸与切刀之间的连接部分设计了连接组件，通过调整气缸杆螺丝行程，可调整活动切刀与固定切刀间隙，实现快速切断铝纸功能。3.2.3 气动部分采用 6mm PVC 软管进行主气路、电磁阀、气缸之间的连接。安装后的铝纸自动拼接示意图如图 4 所示。4 运行效果机组在正常的高速运行状态下检测到铝纸卷需要更换时，降低速度至 100包/分钟，到达 143 度（根据机组个性，通过实验在 137 度147 度之间进行最佳选择）拼接相位时，铝纸切刀动作，切断用完铝纸，释放该铝纸盘，同时牵引另一卷铝纸盘供给运行。整个换纸过程平缓稳定，达到了预期设计效果。该系统经过五个月的运行，自动拼接成功率达到
16、100%，提高了设备有效作业率，图 4 铝纸自动拼接示意图1、 摆杆 2、铝纸盘 3、气管 4、气缸 5、挡板 6、对位标记 7、切纸刀 8、铝纸6降低了劳动强度，受到操作人员的好评。5 新拼接装置的特点1、实现 GDX1 机组铝纸拼接的自动化。本装置的铝纸切割、纸盘转换，均实现自动化操作,这是本装置的重要特点。2、大部分控制信号引用原机的检测信号，接入该装置的可编程控制器，与原设备溶为一体，达到既独立控制，又整体协调的效果。3、铝纸没用完但出现断裂、破损等情况时，可盘车至拼接相位，无需其它操作即可实现左、右铝纸盘的转换功能。4、操作简单、保养方便。新装置本着“就近取材、巧妙紧凑”的设计原则，
17、在满足功能要求的前提下，尽可能使装置简单化；该装置运行稳定可靠，基本不需要日常维修；在保养上，只需要定期对执行元件（如气缸、电磁阀等）进行清洁保养即可。6 效益分析1、本装置费用为：S7-200 PLC 2000 元、电磁阀 2002=400 元、气缸2002=400 元、相位计数检测 300 元、中间继电器 200 元、气缸固定座和连接组件 200 元，共计 3500 元。2、按每班更换铝纸 25 个，每次更换需要 15 秒钟计算，每班增加有效生产时间 6.25 分钟，按每班生产时间 10 小时计算，设备有效作业率可提高 1%，每年可增加有效生产时间 6.25 分钟2 班20 天12 月=50 小时。GDX1 机组生产速度 400 包/分钟50 小时=2400 件烟，按照红旗渠 1500 元/件2400 件，可增加卷烟产值 360 万元，按照金许昌 1250 元/件2400 件，可增加卷烟产值300 万元。作者简介:刘贺阳（1971-） ，大专，技师，主要从事电气自动化和设备管理工作。E-mail:张建勋（1973-） ，本科，工程师，主要从事电气自动化和设备管理工作。E-mail:王德吉（1975-）博士，高级培训师，主要从事电气自动化研究和培训。E-mail:
