引言

目前,煙草行業(yè)把減害降焦擺在突出位置,一種立竿見影的措施就是使用復(fù)合濾棒。復(fù)合濾棒成型機(jī)是生產(chǎn)復(fù)合濾棒的設(shè)備,現(xiàn)已成為濾棒生產(chǎn)企業(yè)的重要設(shè)備。除了部分企業(yè)在最近幾年引進(jìn)了德國(guó)HAUNI公司、荷蘭ITM集團(tuán)和意大利Montrade生產(chǎn)的復(fù)合濾棒成型機(jī)外,我國(guó)當(dāng)前復(fù)合濾棒成型機(jī)主要為20世紀(jì)引進(jìn)英國(guó)MoLINs公司生產(chǎn)的DR2-5型復(fù)合濾棒成型機(jī),以及在其他纖維濾棒成型機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)的衍生機(jī)型。

部分生產(chǎn)復(fù)合濾棒的機(jī)型是在YL21纖維濾棒成型機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的,主要改進(jìn)部位是用復(fù)合濾棒分切裝置替換了開松上膠機(jī)。在日常生產(chǎn)中,時(shí)常會(huì)出現(xiàn)原棒卡棒的現(xiàn)象,每次卡棒都勢(shì)必要造成設(shè)備停機(jī),維修過程中需要重新調(diào)試機(jī)器,浪費(fèi)大量原棒。

引起卡棒的原因主要有兩個(gè)方面:一是原棒在料斗中直接進(jìn)入到分切鼓輪,由于分切鼓輪是逆時(shí)針運(yùn)行,實(shí)際上每次只有最右邊的原棒才能卡入分切鼓輪的輪槽,料斗左邊的原棒保持一種相對(duì)靜止的狀態(tài),無法從下部落入分切鼓輪右邊的輪槽:由于料斗高度較高,運(yùn)行一段時(shí)間后,就會(huì)造成原棒在料斗中左高右低的現(xiàn)象,料斗中的原棒會(huì)從左邊的高處散落到右邊的低處,導(dǎo)致原棒無法正確地卡入分切鼓輪的輪槽中。二是由于部分原棒本身的質(zhì)量問題,如出現(xiàn)長(zhǎng)度不夠、爆口等缺陷,都會(huì)造成原棒被分切后,卡在分切鼓輪或提升及調(diào)頭機(jī)構(gòu)中,從而造成設(shè)備停機(jī)。

卡棒現(xiàn)象在復(fù)合濾棒的生產(chǎn)過程中,極易造成原料的浪費(fèi)和生產(chǎn)計(jì)劃的延誤,增加操作人員的工作強(qiáng)度,因此對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)很有必要。本文設(shè)計(jì)了一種料斗改進(jìn)系統(tǒng):在原機(jī)的基礎(chǔ)上,用柔性隔離帶將料倉分為上下兩部分,加裝篩選鼓輪、原棒定位檢測(cè)裝置以及原棒剔除裝置,利用NodeMCU接受定位檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,控制篩選鼓輪和原棒剔除裝置,以達(dá)到降低不合格原棒進(jìn)入分切鼓輪的目的,保證原棒正確卡在分切鼓輪的輪槽中,大大降低卡棒的故障概率。

1整體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

復(fù)合濾棒成型機(jī)的料斗機(jī)構(gòu)主要由料倉、攪動(dòng)輪和分切鼓輪等構(gòu)成(圖1）。本文的改進(jìn)方案主要是增加一個(gè)篩選輪和原棒定位檢測(cè)裝置(圖2),將質(zhì)量和定位不合格的原棒剔除出去。分切鼓輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),篩選輪設(shè)定為順時(shí)針旋轉(zhuǎn),使得原

棒在料斗中不會(huì)出現(xiàn)"左高右低"的現(xiàn)象。篩選鼓輪所配的軸承、軸承端蓋和固定螺釘?shù)攘慵叽缇头智泄妮喴恢?可有效降低加工成本。

圖1原料斗機(jī)構(gòu)

圖2改進(jìn)后的料斗機(jī)構(gòu)

原棒定位檢測(cè)裝置采用兩塊夏普紅外測(cè)距傳感器模塊,分別安裝于篩選鼓輪兩端,通過判斷原棒篩選輪上的位置來判斷原棒是否有缺陷（爆口等原因造成長(zhǎng)度不夠),以及原棒是否正確地卡在篩選輪上（如果位置不正確,則兩端距離與位置正確原棒的兩端距離不一致)。剔除裝置為高壓空氣噴嘴,接復(fù)合濾棒成型機(jī)自帶的高壓空氣,通過電磁閥來控制。光電開關(guān)安裝于隔板處,當(dāng)料斗下層的原棒觸動(dòng)光電開關(guān),則自動(dòng)關(guān)閉篩選輪,防止下層原棒過多。

2電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本改進(jìn)方案中的電路系統(tǒng)采用NodeMCU作為主控電路板,紅外測(cè)距傳感器模塊為夏普Gp2Y0A21YK0F,測(cè)距范圍為10～80cm,其尺寸為29.5cm×13cm×13.5cm,信號(hào)類型為模擬量輸出型。采用AD8591數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊,將傳感器的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。繼電器模塊為歐姆龍G5LE-1,主控電路板通過繼電器模塊控制篩選裝置的高壓空氣電磁閥。另外,主控電路板與篩選輪的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行連接,用來控制篩選輪的啟動(dòng)與停止。其接線原理如圖3所示。

3傳感器算法

本系統(tǒng)的核心是通過紅外測(cè)距傳感器測(cè)量的距離來判斷原棒是否卡在正確的位置,因此對(duì)距離的值要求很高,這里我們采用卡爾曼濾波算法對(duì)傳感器測(cè)量的值進(jìn)行處理?？柭鼮V波算法,廣泛應(yīng)用在傳感器數(shù)據(jù)融合、航空航天、工業(yè)控制、雷達(dá)信號(hào)處理等方面,取得了很多應(yīng)用成果。利用卡爾曼濾波算法的公式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模,其公式如下:

式中,X為系統(tǒng)狀態(tài):Z為測(cè)量值:Kg為卡爾曼增益:P為協(xié)方差:0為預(yù)測(cè)方差:R為測(cè)量方差。

傳感器數(shù)據(jù)處理的主要代碼如下:

//fi1terVa1ue為k-1時(shí)刻的濾波值,即是k-1時(shí)刻的值//p為估計(jì)誤差協(xié)方差不能取0

Ka1manFi1ter=(p=10,fi1terVa1ue=0}

functionKa1manFi1ter:new(o,o,R,1astMeasurement)

o=oor(}

setmetatab1e(o,se1f)

se1f.index=se1f

//預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的值

predictVa1ue=fi1terVa1ue

//求協(xié)方差

se1f.p=se1f.p＋o

//記錄上次實(shí)際坐標(biāo)的值

preVa1ue=fi1terVa1ue

//計(jì)算ka1man增益

ka1man+ain=1/(1＋R)

//修正結(jié)果,即計(jì)算濾波值

se1f.fi1terVa1ue=predictVa1ue＋(1astMeasurement-predictVa1ue)Gka1man+ain

//更新后再次驗(yàn)證

se1f.p=(1-ka1man+ain)Gse1f.p

returno

end

4結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種復(fù)合濾棒成型機(jī)分切裝置的改進(jìn)系統(tǒng),能夠解決目前本廠濾棒原棒上料時(shí)出現(xiàn)卡棒的問題,機(jī)械結(jié)構(gòu)改動(dòng)不大,主要是增加了篩選輪,其軸承、軸承端蓋和固定螺栓等零件均可以和分切鼓輪通用,有效降低了加工成本:采用NodeMNC作為主控電路板,具有使用簡(jiǎn)單,能夠快速開發(fā)原型機(jī)的優(yōu)點(diǎn),在本系統(tǒng)中主要運(yùn)用在處理傳感器數(shù)據(jù)上,運(yùn)行能力強(qiáng)。另外,NodeMNC本身采用ESP8266物聯(lián)網(wǎng)芯片,是一種開源物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的芯片,將復(fù)合濾棒成型機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù),通過NodeMNC傳輸至數(shù)據(jù)平臺(tái),管理人員能夠隨時(shí)查看到目前的生產(chǎn)狀況,為建設(shè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。