Lenze自动化产品在KDF2滤棒成型机改造中的应用

1 前言

      作为中国烟草行业发展的中流砥柱，某著名烟草机械企业是国内最早从事烟草机械产品研发和制造的企业之一。为打造世界一流的烟草设备，该企业始终致力于不断的技术创新以及新产品的自主研发，滤棒成型机的改造即是为了确保产品质量，提高生产效率及安全性。

      自上世纪八十年代以来，KDF2一直都是滤棒生产的主力机型，以其稳定性高、成本低、操作方便、能灵活地进行改造而备受好评。随着科技的发展和对成型设备的研究，K2正面临着被淘汰的命运。目前市场上出现了三种新型的从德国和意大利引进的滤棒成型机K3、 K4和DF10。K3型生产速度为500m/min，造价高、不稳定；K4型生产速度为双枪1000m/min，造价高、比较稳定；DF10型生产速度为双枪1000m/min，造价高昂、不稳定，基本上不再有新设备引进。但是，相对于这些新机型，K2有其自己的优势：造价低廉、非常稳定、能够灵活的进行改造，比如加香、加爆珠等等。改造后其速度能够达到500m/min，最高速度为600m/min。

2 工艺简介

      K2滤棒成型机包括丝束、成型和装盘三部分。醋酸纤维素丝束经过导丝环、开松器到达开松辊组件，由丝束变成松散的丝带，再经过甘油喷洒及冷热胶的处理后进入成型机组，开松宽度要达到220mm。

      成型部分由成形纸、接盘辊、托纸辊、刀头、切割装置、吹风装置等组成，这部分也是K2的核心部分，也是这次改造的重点部分。这部分的主要动力由一台主电机提供，其中的虎齿和蜗轮蜗杆是传动的核心部分，其控制精度高、维护复杂、对维护人员的素质要求也高。这次改造升级的重点也就是把这部分的机械传动变成电气传动，由原来的主电机分离出主电机、接收辊、加速辊、烟枪布袋辊等代替机械传动，这样既提高了生产速度也降低了维护的复杂性。

      滤棒通过成型工艺以后就是一个完成的滤棒，一支滤棒可接四支烟，成型的滤棒经过倒立漏斗进入装盘机进行装盘。

3 Lenze控制方案

      K2滤棒成型机控制分为开松控制、成型控制、装盘控制三个相对独立的控制单元。开松控制中通过调节3个开松辊与主电机的速度比例控制纵向开松；横向开松效果通过风泵产生的压缩空气进行控制。甘油量、内线胶量、封口胶量的给定，需与主传动同步；高压喷嘴的空气压力需要与主传动同步。

      在本套方案中，控制轴包括刀头电机、烟枪布袋轮、接收轮、加速轮、开松辊、甘油电机等运动原件。刀头电机和接收轮要求相位同步，开松辊和烟枪布袋轮要求速度同步，并且在手动盘车时接收轮要跟随主电机运行，其余电机都停止。上位机由P500实现，P500通过EPM-S130挂IO端子。P500作为主屏，另外还有个付屏，采用施耐德的低端屏与P500进行ModBusTcp通信，用于修改和显示开松辊的速度。热胶和冷胶控制精度较低，采用KinCo的控制器进行控制，与主控P500通过CAN Open通信进行连接。电气系统结构图如下图。

图1电气系统结构图

       成型机的刀头装有两把刀，刀头以2000转/分的速度旋转，切割滤嘴条，防止刀头伤人，在刀头上装有保护罩壳，罩壳壁内装有隔音海绵，减小噪音；罩壳内有联锁装置，当联锁解除，可以打开罩壳。如果在机器运转时，联锁螺钉松开，通过连锁切断安全电流回路，机器停止工作，并通过PLC触发触摸屏显示具体操作部位图和相关防护罩提示语。当刀头罩壳打开或联锁螺钉松开时，都不可能开动机器，只有当罩壳关上，联锁螺钉旋紧后，主电机才能启动。另外还有温度控制、紧急停车控制、成形纸控制、报表生成等，控制结构图如下图。

图2 控制结构图

4 Lenze亮点

① Lenze公司推出的i700控制器，可以实现双轴应用，采用直流母线供电方式，节省了繁琐的接线，性价比高。

② Lenze公司推出的P500一体机，实现了PLC与触摸屏的融合。PLC采用CoDeSys平台，易于学习且支持多种通信形式。

③ Lenze 的选型工具DSD能够根据客户提供的参数进行选型计算，大大地减少了运算量并为以后的调试提供依据。

④ Lenze公司在自动化领域深耕多年，积累了丰厚的经验，使用Lenze公司的Fast模板能够使现场工程师做20%的工作完成80%的任务。

⑤Lenze的自动化和驱动产品丰富，从减速机、电机、伺服电机、伺服控制器到PLC、触摸屏等覆盖面非常广。从需求层次上来说有高端产品，也有中低端产品。能够满足高中端客户不同层次的需求。

5 展望

      作为滤棒成型机的主力机型K2，在国内市场上存量非常大。自上世纪八十年代至今有30多年的历史并且不断改善，本次的升级改造也基于目前市场上最新款的K4。改造后能保持原有的稳定性，在产量上能够和K3持平，而K3和K4基本上没有可改造的地方，所以此次改造在烟草市场上具有很大潜力。