Lenze自動化產品在KDF2濾棒成型機改造中的應用

1 前言

作為中國煙草行業發展的中流砥柱，某著名煙草機械企業是國內最早從事煙草機械產品研發和制造的企業之一。為打造世界一流的煙草設備，該企業始終致力于不斷的技術創新以及新產品的自主研發，濾棒成型機的改造即是為了確保產品質量，提高生產效率及安全性。

自上世紀八十年代以來，KDF2一直都是濾棒生產的主力機型，以其穩定性高、成本低、操作方便、能靈活地進行改造而備受好評。隨著科技的發展和對成型設備的研究，K2正面臨著被淘汰的命運。目前市場上出現了三種新型的從德國和意大利引進的濾棒成型機K3、 K4和DF10。K3型生產速度為500m/min，造價高、不穩定；K4型生產速度為雙槍1000m/min，造價高、比較穩定；DF10型生產速度為雙槍1000m/min，造價高昂、不穩定，基本上不再有新設備引進。但是，相對于這些新機型，K2有其自己的優勢：造價低廉、非常穩定、能夠靈活的進行改造，比如加香、加爆珠等等。改造后其速度能夠達到500m/min，最高速度為600m/min。

2 工藝簡介

K2濾棒成型機包括絲束、成型和裝盤三部分。醋酸纖維素絲束經過導絲環、開松器到達開松輥組件，由絲束變成松散的絲帶，再經過甘油噴灑及冷熱膠的處理后進入成型機組，開松寬度要達到220mm。

成型部分由成形紙、接盤輥、托紙輥、刀頭、切割裝置、吹風裝置等組成，這部分也是K2的核心部分，也是這次改造的重點部分。這部分的主要動力由一臺主電機提供，其中的虎齒和蝸輪蝸桿是傳動的核心部分，其控制精度高、維護復雜、對維護人員的素質要求也高。這次改造升級的重點也就是把這部分的機械傳動變成電氣傳動，由原來的主電機分離出主電機、接收輥、加速輥、煙槍布袋輥等代替機械傳動，這樣既提高了生產速度也降低了維護的復雜性。

濾棒通過成型工藝以后就是一個完成的濾棒，一支濾棒可接四支煙，成型的濾棒經過倒立漏斗進入裝盤機進行裝盤。

3 Lenze控制方案

K2濾棒成型機控制分為開松控制、成型控制、裝盤控制三個相對獨立的控制單元。開松控制中通過調節3個開松輥與主電機的速度比例控制縱向開松；橫向開松效果通過風泵產生的壓縮空氣進行控制。甘油量、內線膠量、封口膠量的給定，需與主傳動同步；高壓噴嘴的空氣壓力需要與主傳動同步。

在本套方案中，控制軸包括刀頭電機、煙槍布袋輪、接收輪、加速輪、開松輥、甘油電機等運動原件。刀頭電機和接收輪要求相位同步，開松輥和煙槍布袋輪要求速度同步，并且在手動盤車時接收輪要跟隨主電機運行，其余電機都停止。上位機由P500實現，P500通過EPM-S130掛IO端子。P500作為主屏，另外還有個付屏，采用施耐德的低端屏與P500進行ModBusTcp通信，用于修改和顯示開松輥的速度。熱膠和冷膠控制精度較低，采用KinCo的控制器進行控制，與主控P500通過CAN Open通信進行連接。電氣系統結構圖如下圖。

成型機的刀頭裝有兩把刀，刀頭以2000轉/分的速度旋轉，切割濾嘴條，防止刀頭傷人，在刀頭上裝有保護罩殼，罩殼壁內裝有隔音海綿，減小噪音；罩殼內有聯鎖裝置，當聯鎖解除，可以打開罩殼。如果在機器運轉時，聯鎖螺釘松開，通過連鎖切斷安全電流回路，機器停止工作，并通過PLC觸發觸摸屏顯示具體操作部位圖和相關防護罩提示語。當刀頭罩殼打開或聯鎖螺釘松開時，都不可能開動機器，只有當罩殼關上，聯鎖螺釘旋緊后，主電機才能啟動。另外還有溫度控制、緊急停車控制、成形紙控制、報表生成等，控制結構圖如下圖。

4 Lenze亮點

① Lenze公司推出的i700控制器，可以實現雙軸應用，采用直流母線供電方式，節省了繁瑣的接線，性價比高。

② Lenze公司推出的P500一體機，實現了PLC與觸摸屏的融合。PLC采用CoDeSys平臺，易于學習且支持多種通信形式。

③ Lenze 的選型工具DSD能夠根據客戶提供的參數進行選型計算，大大地減少了運算量并為以后的調試提供依據。

④ Lenze公司在自動化領域深耕多年，積累了豐厚的經驗，使用Lenze公司的Fast模板能夠使現場工程師做20%的工作完成80%的任務。

⑤Lenze的自動化和驅動產品豐富，從減速機、電機、伺服電機、伺服控制器到PLC、觸摸屏等覆蓋面非常廣。從需求層次上來說有高端產品，也有中低端產品。能夠滿足高中端客戶不同層次的需求。

5 展望

作為濾棒成型機的主力機型K2，在國內市場上存量非常大。自上世紀八十年代至今有30多年的歷史并且不斷改善，本次的升級改造也基于目前市場上最新款的K4。改造后能保持原有的穩定性，在產量上能夠和K3持平，而K3和K4基本上沒有可改造的地方，所以此次改造在煙草市場上具有很大潛力。