唐翰犀 李占荣 李树恩

摘 要：商标单箱消耗指标是卷烟工厂对标中的重点控制指标，也是车间KPI指标中难以完成的指标之一。目前红塔集团玉溪卷烟厂装备的GDX500包装机采用功能单一的商标卷盘翻转、商标卷盘耗尽抬杆式直径检测装置完成商标卷盘自动换卷，检测方式属于模糊控制型，未能精确检测商标剩余量，致使商标自动换卷拼接消耗居高不下。本文设计了一种新型GDX500包装机商标卷盘自动换卷拼接装置，并基于原机的G.D-PLC/MP2 控制系统采用GDL语言编制控制程序，优化控制系统，实现了对商标剩余量的精确检测。

关键词：商标单箱消耗；自动换卷拼接装置；GDL语言；精确检测

中图分类号：TS896 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0067-02

商标单箱消耗指标是玉溪卷烟厂对标中的重点控制指标，也是车间KPI指标中难以完成的指标之一，工厂考核车间的指标定额是2500.02张每箱，目前车间总体商标消耗控制在了2506张，距工厂考核值还有相当的距离。车间重点分析了商标消耗的浪费因素，主要是商标拼接剩余量的浪费，GDX500包装机每次完成商标自动换卷拼接平均消耗的商标纸为75张，是最直接的浪费，同时通过技术改造降低的可行性亦是最高。

1 现有商标纸拼接装置的缺陷

目前GDX500包装机采用功能单一的商标卷盘翻转、商标卷盘耗尽抬杆式直径检测装置完成商标卷盘自动换卷。具体方式是商标卷盘耗尽测算依靠抬杠臂带动一个支架靠近接近开关2S340进行检测，当支架完全遮挡接近开关2S340，系统就认为商标卷盘耗尽。该检测方式属于模糊控制型，在实际工作过程中，因商标生产批次、厂家的变更，商标卷盘卷芯直径在所难免会有差异，加之商标卷盘卷芯变形的情况时有发生，现有的检测方式无法甄别出上述异常情况，致使商标自动换卷拼接消耗居高不下；同时商标卷盘转架上抬杠臂与支架相连的联动装置因长期磨损导致支架动作不精确，也会影响系统商标卷盘耗尽的检测；再者，现有系统商标拼接控制参数为常量不具备可调性，致使商标自动换卷拼接故障率高。

2 新型GDX500包装机商标卷盘自动换卷拼接装置的研制

要彻底消除上述因素对商标卷盘耗尽自动换卷拼接的影响，原机检测方式是不可能实现的，必须寻求其它的检测方法。经过研讨分析，决定用脉冲盘和脉冲传感器替代原机的支架和接近开关，通过脉冲传感器感应传动脉冲，并根据脉冲解算商标卷盘实时卷盘直径，将原机的模糊控制优化为精确的数字控制。

2.1 设计原理

所采用的脉冲盘和脉冲传感器构成逻辑编码齿盘装置（如图1所示），实现对商标纸剩余量精确检测的关键是换算采样逻辑编码齿盘计量齿的频率商标卷盘直径的对应关系。

根据以上推导公式，卷盘转架上卷盘的直径与卷盘转架逻辑编码齿盘计量齿的采样频率一一对应，互成反比。因此当商标纸脱离卷芯时，商标纸的直径达到最小值，脉冲传感器采样频率达到最大值，此时将执行拼接程序，从而实现了对商标卷盘耗尽的精确检测，将商标自动换卷拼接消耗降至最低。

2.2 拼接装置实物

如图2所示，如上所述的精确GDX500包装机商标卷盘自动换卷拼接装置核心部件为逻辑编码齿盘（4）、计量齿（4-1）和检测器（5）。检测器（5）为电感式接近开关，逻辑编码齿盘（4）上设有6个计量齿（4-1），逻辑编码齿盘（4）随刹车轮（2）转动过程中，计量齿（4-1）接近检测器（5）的频率随商标直径的变化而变化，从而将卷盘直径信息转换为频率信号传送给控制系统，控制系统根据所接收到的频率信号控制商标卷盘自动换卷。

3 控制程序的编写、优化

卷盘直径换算在卷包设备上的应用极为广泛，基于其应用环境及卷包设备控制系统的不同，各类设备采用迥然不同的计量换算方法。GDX500包装机电气控制系统是基于INTEL 80386（32位）微机的G.D-PLC/MP2系统，对数据采集、数据处理相对容易的多，控制程序通过GDL语言编程，阅读或修改均极为便利。GDX500包装机应用计量卷盘转架逻辑编码齿盘频率来换算商标卷盘直径，控制卷盘支架的自动翻转及卷盘自动拼接换卷，理论上切实可行。

为了有效避免因设备生产速度变化而造成卷盘实时直径换算的误差，应用固定机器编码器转数来采样计量卷盘转架逻辑编码齿盘频率，固定机器编码器转数设置依据为采样计量间距不超过商标卷纸耗尽时的卷盘周长，以此保证每层商标纸预松卷过程至少有一次直径采样计量。根据新增硬件设施编写相应的GDL程序完成控制功能。控制程序框图如图3所示。

当在用商標卷盘直径达到预置加速缓冲直径时，机器速度降至设定值，同时供纸辊电机加速使缓冲增加到缓冲的90%，机器保持当前速度运行直至商标卷盘用尽，即商标纸脱离卷芯，此时执行拼接程序。自动换卷拼接启动时设备速度降至预定速度，供纸辊电机以预置速度进行商标标记寻址，当标记检测器寻址到标记后，商标卷盘耗尽自动换卷拼接启动，拼接完成后设备速度恢复到生产速度。

4 结论及成果

4.1 硬性收益

通过对原机商标自动换卷拼接系统的改造，达成了预定目标：解决原机抬杆式检测商标耗尽容易受商标纸卷盘卷芯直径差异而过多消耗商标的问题，使商标耗尽卷盘不留残余量。同时，提高商标卷纸拼接系统控制精度。商标拼接消耗由75张下降到10张以下，设备停机次数≤0.39次/卷（如图4所示）。

4.2 软性收益

到目前为止，GD公司在GDX500及GDX6S等经典包装机中商标及内衬等辅料自动换卷拼接系统中都应用传统的机械抬杠式卷纸耗尽测算方法。本文针对GDX500包装机原机设计了全新的商标卷盘耗尽自动换卷拼接系统，应用固定机器编码器转数卷盘松卷定长采样频率计量换算卷盘直径的方法，根本上解决了原机抬杆式检测商标耗尽容易受商标纸卷盘卷芯直径制作差异而过多消耗商标的问题。该项目通过自主设计商标卷盘直径定位算法，自行编制GDL源程序，实现GDX500包装机商标卷盘用尽自动换卷拼接。

随着该技术成果在红塔集团玉溪卷烟厂的成熟应用，其影响力不仅局限于GDX500包装机降低商标拼接消耗方面的贡献，将对遍及世界GD系列包装机在降低商标纸拼接消耗研究中发挥积极的作用，为烟草企业自主研究G.D-PLC/MP2控制系统设备提供示范作用。提出的卷盘直径计量换算理论及编程设计可推广应用到采用G.D-PLC/MP2控制系统的设备卷盘直径计量换算应用中，同时，对广泛的卷盘直径计量换算领域的研究及应用提供了思路。

参考文献

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