引言

ZB421包裝機由YB421型硬盒包裝機、YB55A型盒外透明紙包裝機、YB65型硬條包裝機及YB95A型條外透明紙包裝機、煙包輸送通道和配套電控柜等構(gòu)成,用于實現(xiàn)對新型煙草(加熱不燃燒卷煙)的包裝。其煙包包裝形式為短支雙鋁包,可以穩(wěn)定完成從煙支進給到條盒成品包裝的全部過程,并且能完全避免人工接觸煙支[1]。該機組電氣控制系統(tǒng)采用倍福公司產(chǎn)品,是基于PC控制技術(shù)的開放式自動化系統(tǒng),整合PLC、運動控制、HMI(人機界面)于一體,從而實現(xiàn)對設備復雜電控系統(tǒng)的集中控制[2]。

隨著卷煙市場的不斷發(fā)展,特別是歐洲市場,開始出現(xiàn)對卷煙煙包外側(cè)商標紙打碼的需求。煙包包裝機組結(jié)構(gòu)緊湊,通常沒有激光打碼位置,同時商標紙部件工況復雜,現(xiàn)有的激光打碼器無法在煙包輸送過程中對外側(cè)商標紙進行準確打碼。因此基于ZB421機組,設計了一種商標紙靜態(tài)激光打碼裝置,是一種新型的煙包商標紙打碼方式,可以對煙包進行自動化靜態(tài)激光打碼,與傳統(tǒng)打碼方式[3]相比,打碼效率更高,穩(wěn)定性更強。

1結(jié)構(gòu)與工藝

1.1結(jié)構(gòu)

商標紙靜態(tài)激光打碼裝置安裝在YB421型硬盒包裝機和YB55A型盒外透明紙包裝機之間,由第一輸送通道、翻包機構(gòu)、頂升輸出機構(gòu)、煙包提升通道、激光打碼器和第二輸送通道構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2工藝流程

商標紙靜態(tài)激光打碼裝置的工藝流程如圖2所示。YB421型硬盒包裝機包裝完成的煙包在通道上以姿態(tài)A豎直排列,經(jīng)過翻包機構(gòu),通道上煙包姿態(tài)由豎直狀態(tài)的煙包A變成平躺姿態(tài)的煙包B。平躺的煙包B在進入激光打碼裝置前是緊密相連的,后面煙包的推力將前面的煙包推入頂升輸出機構(gòu)3。煙包B進入頂升輸出機構(gòu)3后,在煙包提升通道4中堆疊五包煙包,激光打碼器對靜止的第三包煙進行打碼。打碼完成的煙包由頂升輸出機構(gòu)3中的推手推出,以姿態(tài)C進入下一通道。

2控制硬件

2.1機械控制

頂升輸出機構(gòu)由共軛凸輪驅(qū)動連桿和曲柄滑塊構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。基座上安裝凸輪3—1,齒輪3—2一端與凸輪3—1同軸,另一端與齒輪3—3配合,帶動曲柄滑塊3—4運動。滑塊末端與推手3—5相連,當凸輪3—1轉(zhuǎn)動時,推手3—5做直線往復運動,將提升通道最上方的煙包1推出。連桿3—7一端通過滾子與凸輪3—1相連,另一端與頂升板3—6鉸接,煙包1在頂升板3—6做上下往復運動過程中被頂出進入煙包提升通道。頂升板3—6和推手3—5的動作與凸輪3—1行程相位相對應,頂升板位于最高位置時,推手向前推煙;頂升板向下運動時,推手向左將煙推到指定位置后向右回退,待推手回退到煙包之后,頂升板開始向上運動,形成一次完整的工作循環(huán)。

激光打碼器在特定的打碼窗口為煙包提升通道中的煙包進行激光打碼,如圖4所示,打碼窗口4—1大于煙包1寬度,同時為了方便激光穿過,在打碼窗口4—1外側(cè)一圈設計倒角。這種使打碼窗口最大化的設計,可以滿足用戶對煙包外側(cè)商標紙激光打碼位置多樣化的需求,推廣性更強。

2.2電氣控制

頂升輸出機構(gòu)凸輪的動力由三相交流電機3M5640獲得。SINAMICS的G120C變頻器由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、調(diào)試方便等優(yōu)點被廣泛應用于工業(yè)自動化領域的控制系統(tǒng),于是選用該變頻器來驅(qū)動電機3M5640,其接線圖如圖5所示。模擬電壓控制信號接在變頻器的3、4端子,同時設置變頻器參數(shù)P1 000=2[4],即模擬輸入,電機3M5640的速度由程序輸出的模擬量信號控制。通過程序?qū)Σ煌r的分析實現(xiàn)對頂升輸出機構(gòu)的速度控制,使其既能根據(jù)自身傳感器檢測情況,也能根據(jù)上游機和下游機的運行狀況進行速度匹配。

3控制方式

為保持上下游通道煙包輸送流暢,頂升輸出機構(gòu)的速度與整個機組速度匹配,需要增加相應的傳感器控制頂升輸出機構(gòu)的動作,實現(xiàn)機組的長期穩(wěn)定運行。

3.1第一輸出通道啟停傳感器

在第一輸出通道上,距離頂升輸出機構(gòu)入口前方100 cm處安裝電容式傳感器3S5237用于判斷頂升輸出機構(gòu)的啟動。當傳感器3S5237連續(xù)感應到煙包500 ms,說明此時煙包已經(jīng)堆積到3S5237處,頂升輸出機構(gòu)需要動作,將YB421型硬盒包裝機包裝完成的煙包輸送到Y(jié)B55A型盒外透明紙包裝機。如果此時YB55A型盒外透明紙包裝機啟動傳感器3S235感應,YB55A啟動,則頂升輸出機構(gòu)的速度與YB55A型盒外透明紙包裝機速度保持一致;如果此時傳感器3S235未感應,YB55A未啟動,則頂升輸出機構(gòu)的速度為一固定值20 r/min,慢速將煙包輸送至YB55A型盒外透明紙包裝機。

為了讓頂升輸出機構(gòu)盡可能多利用煙包,減少煙包的浪費,在頂升輸出機構(gòu)入口前方30 cm處安裝電容式傳感器3S5247用于判斷頂升輸出機構(gòu)的停止。當傳感器3S5247未感應到煙包300 ms,說明此時YB421型硬盒包裝機沒有包裝完成的煙包輸出,通道上煙包數(shù)量極少,頂升輸出機構(gòu)停止動作。

3.2頂升輸出機構(gòu)堵塞傳感器

YB421型硬盒包裝機包裝完成的煙包在頂升輸出機構(gòu)中有前進和提升兩個動作,由于工況或者煙包輸送不順暢,偶爾會在頂升輸出機構(gòu)中發(fā)生堵塞,輕則煙包變形,影響煙包質(zhì)量,重則損壞機械結(jié)構(gòu)[5]。為了避免發(fā)生堵塞后,頂升輸出機構(gòu)仍然動作損壞機械結(jié)構(gòu),在前進通道和提升通道分別安裝電感式傳感器3S5240和3S5242用于實時檢測頂升輸出機構(gòu)的堵塞情況。如果前進通道發(fā)生堵塞擠煙,壓桿脫開,3S5240感應不到,YB55A型盒外透明紙包裝機和頂升輸出機構(gòu)停止,同時在人機交互界面顯示紅色信息“前進通道堵塞”;如果提升通道發(fā)生堵塞擠煙,壓桿脫開,3S5242感應不到,YB55A型盒外透明紙包裝機和頂升輸出機構(gòu)停止,同時在人機交互界面顯示紅色信息“提升通道堵塞”。

3.3第二輸送通道堵塞傳感器

頂升輸出機構(gòu)與YB55A型盒外透明紙包裝機之間的第二輸送通道長約4 m,為了更好地進行速度匹配,在通道上安裝電容式傳感器3S5235和3S5239。3S5239安裝于距離頂升輸出機構(gòu)出口2 m處,3S5235安裝于距離頂升輸出機構(gòu)出口1 m處。在機組正常運行時,煙包應該在3S5239和YB55A啟動傳感器3S235之間,一旦YB55A型盒外透明紙包裝機由于自身故障停機等原因,無法及時處理由頂升輸出機構(gòu)輸出的打好碼的煙包,則會導致煙包在通道上累積。如果3s5239連續(xù)感應到500 ms,說明此時煙包在通道上已經(jīng)累積了一半,YB55A型盒外透明紙包裝機要以更快的速度運行,才能即時處理頂升輸出機構(gòu)送過來的煙包,保持通道煙包數(shù)量穩(wěn)定。如果3s5235連續(xù)感應到500 ms,說明此時通道上的煙包大量累積,頂升輸出機構(gòu)需要停止,待YB55A型盒外透明紙包裝機處理部分煙包使3s5235連續(xù)300 ms不感應后才再次啟動。

3.4安全防護傳感器

為了防止在運行過程中,操作人員誤操作頂升輸出機構(gòu)或其他物品落入機構(gòu),確保設備的安全性,在頂升輸出機構(gòu)上安裝了一個防護罩,如果防護罩被打開,則頂升輸出機構(gòu)和YB55A盒外透明紙包裝機停止,同時在人機交互界面顯示紅色信息“激光打碼防護罩打開”。

4結(jié)束語

由于傳統(tǒng)的動態(tài)激光打碼方式編碼容易跑偏,設計了一種新型煙包商標紙靜態(tài)激光打碼裝置,應用于ZB421短支雙鋁包煙包商標紙側(cè)邊打碼。該裝置由第一輸送通道、翻包機構(gòu)、煙包提升通道、煙包頂升輸出機構(gòu)、激光打碼器和第二輸送通道構(gòu)成,在裝置中安裝若干傳感器,根據(jù)傳感器的檢測狀態(tài)控制頂升輸出機構(gòu)的啟停與速度,可以快速對煙包商標紙進行靜態(tài)激光打碼,大大提高了打碼的效率和穩(wěn)定性。