GDX2（ZB45）包裝機(jī)組電磁鐵控制電路的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

田銳 岑天揚(yáng)

摘 要：GDX2（ZB45）包裝機(jī)組控制單元中的電磁鐵易出現(xiàn)線圈過熱損壞，影響設(shè)備正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可剔除裝置或停止輸送裝置易發(fā)生動(dòng)作不到位而導(dǎo)致設(shè)備其他部套件損壞。為此，特提出對(duì)電磁鐵線圈得電時(shí)間實(shí)行計(jì)時(shí)控制的解決措施，為設(shè)備穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供有效保證，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：包裝機(jī)組；電磁鐵；渦電流；過熱；剔除

中圖分類號(hào)：TS43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）11-0076-03

Abstract： The electromagnet in the control unit of the GDX2（ZB45） packing unit is prone to overheating and damaging the coil， which affects the normal operation of the equipment. When it is serious， the operation of each culling device or the stop conveying device is easy to fail in place， which results in the damage of other parts of the equipment. Therefore， the paper puts forward the solution to timing control of the electromagnet coil， which can provide effective guarantee for the stable and reliable operation of the equipment and guarantee the quality of the product.

Keywords： packaging unit； electromagnet； eddy current； overheating； elimination

1 概述

GDX2包裝機(jī)組是意大利G·D公司生產(chǎn)的硬盒包裝設(shè)備，生產(chǎn)速度400包/min，其以自動(dòng)化程度高、質(zhì)量穩(wěn)定、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)在卷煙企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)技術(shù)引進(jìn)后，現(xiàn)設(shè)備型號(hào)為ZB45包裝機(jī)組。該系列機(jī)組有較為完善的質(zhì)量檢測和剔除系統(tǒng)，能在高速運(yùn)行中對(duì)不合格煙包和輔料進(jìn)行檢測與剔除，但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)各剔除機(jī)構(gòu)（2號(hào)輪內(nèi)襯紙?zhí)蕹b置、第14步商標(biāo)紙?zhí)蕹b置、框架紙停止輸送控制裝置以及3號(hào)輪、6號(hào)輪、8號(hào)輪）易發(fā)生故障，對(duì)設(shè)備運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量造成不利影響。而這些裝置的執(zhí)行動(dòng)力主要來自于電磁鐵得電后產(chǎn)生的磁力。由于電磁鐵易發(fā)生線圈過熱損壞，有時(shí)甚至?xí)蛱蕹b置動(dòng)作不到位而產(chǎn)生設(shè)備損壞，不能保證設(shè)備的正常有效穩(wěn)定運(yùn)行。為此，已有采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置代替電磁鐵[1]的解決方法，其目的是提高電磁鐵的運(yùn)行可靠性?，F(xiàn)闡述一種有效防止電磁鐵出現(xiàn)線圈過熱損壞的方法。

2 存在問題

該機(jī)組小包成型部分2號(hào)輪內(nèi)襯紙?zhí)蕹?、商?biāo)紙輸送通道第14步商標(biāo)紙?zhí)蕹?、框架紙停止輸送控制?號(hào)輪煙包剔除、6號(hào)輪煙包剔除、8號(hào)輪處煙包剔除等均由交流電磁鐵使各剔除連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成剔除動(dòng)作（如圖1所示）。其使能信號(hào)均由電控系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的控制元器件提供，分別控制以上各部位對(duì)應(yīng)的電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊處于工作狀態(tài)，若某部位出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷未被剔除，最終導(dǎo)致出現(xiàn)不同類型的質(zhì)量缺陷產(chǎn)品。

2.1 2號(hào)輪內(nèi)襯紙?zhí)蕹b置

當(dāng)GDX2（ZB45）包裝機(jī)組組煙模盒中出現(xiàn)空頭或缺支等缺陷煙支時(shí)，電控系統(tǒng)中15號(hào)板14腳輸出一個(gè)高電平控制信號(hào)，電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊V802處于工作狀態(tài)，使內(nèi)襯紙?zhí)蕹b置的控制電磁鐵線圈得電，對(duì)應(yīng)組煙的內(nèi)襯紙將在2號(hào)輪內(nèi)襯紙?zhí)蕹b置處被剔除，若未被剔除，內(nèi)襯紙將堵塞在剔除輪處，妨礙下一張內(nèi)襯紙的正常輸送，導(dǎo)致生產(chǎn)出內(nèi)襯紙缺陷的產(chǎn)品。

2.2 商標(biāo)紙輸送通道第14步商標(biāo)紙?zhí)蕹b置

當(dāng)GDX2（ZB45）包裝機(jī)組產(chǎn)生內(nèi)襯紙缺陷的煙包時(shí)，電控系統(tǒng)中16號(hào)板20腳輸出一個(gè)高電平控制信號(hào)，電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊V805處于工作狀態(tài)，使商標(biāo)紙?zhí)蕹b置的控制電磁鐵線圈得電，對(duì)應(yīng)煙包的商標(biāo)紙將在商標(biāo)紙第一輸送通道第14步被剔除，若未被剔除，將導(dǎo)致后續(xù)包裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障停機(jī)。

2.3 框架紙停止輸送控制裝置

當(dāng)GDX2（ZB45）包裝機(jī)組組煙模盒中出現(xiàn)空頭或缺支等缺陷或產(chǎn)生內(nèi)襯紙缺陷的煙包時(shí)，電控系統(tǒng)中15號(hào)板23腳輸出一個(gè)高電平控制信號(hào)，電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊V803處于工作狀態(tài)，使框架紙停止輸送裝置的控制電磁鐵線圈得電，對(duì)應(yīng)組煙或內(nèi)襯紙缺陷煙包的框架紙將被停止輸送，若繼續(xù)輸送框架紙，將導(dǎo)致下一個(gè)工序出現(xiàn)異常。

2.4 3號(hào)輪、6號(hào)輪、8號(hào)輪處煙包剔除裝置

GDX2（ZB45）包裝機(jī)組3號(hào)輪剔除有內(nèi)襯紙缺陷的煙包、6號(hào)輪剔除商標(biāo)紙缺陷的煙包、8號(hào)輪是所有缺陷煙包的最終剔除點(diǎn)。3個(gè)剔除點(diǎn)分別由系統(tǒng)產(chǎn)生的高電平控制信號(hào)，使相應(yīng)剔除裝置的控制電磁鐵線圈得電，剔除相對(duì)應(yīng)的缺陷煙包。若3號(hào)輪、6號(hào)輪、8號(hào)輪處剔除出現(xiàn)異常，降低后續(xù)包裝環(huán)節(jié)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)將打壞3號(hào)輪及模盒、6號(hào)輪或模盒、8號(hào)輪模盒或剔除系統(tǒng)。

2.5 電磁鐵

GDX2（ZB45）包裝機(jī)組剔除裝置和停止裝置采用的電磁鐵均為交流電磁鐵，其線圈額定工作電壓為交流24V，電氣線路配置簡單，交流電磁鐵啟動(dòng)力大，換向時(shí)間短。但換向沖擊大，工作時(shí)溫升高（外殼設(shè)有散熱筋）；當(dāng)閥芯動(dòng)作頻繁或負(fù)荷過大時(shí)，電磁鐵因電流過大易燒壞，可靠性較差，壽命較短。其工作方式是剔除裝置和停止輸送裝置實(shí)行一個(gè)控制信號(hào)控制完成一次動(dòng)作，線圈得電的電磁鐵，其鐵芯工作行程在未到達(dá)最大行程的情況下，被機(jī)械運(yùn)動(dòng)的某個(gè)點(diǎn)（或指機(jī)械凸輪的最高點(diǎn)、最低點(diǎn)）頂住或卡死達(dá)不到最大行程，在該位置正處于停車狀態(tài)且停車時(shí)間很長。這時(shí)電磁鐵工作行程還未達(dá)到設(shè)定的一個(gè)完整的工作周期是不會(huì)斷電的，這樣就會(huì)在電磁鐵線圈中產(chǎn)生較大的渦電流，設(shè)備停機(jī)時(shí)間較長后線圈內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的高熱使線圈因過熱而損壞。如圖1所示， 當(dāng)2號(hào)輪內(nèi)襯紙?zhí)蕹b置、第14步商標(biāo)紙?zhí)蕹b置、框架紙停止輸送控制裝置以及3號(hào)輪、6號(hào)輪、8號(hào)輪處煙包剔除裝置剔除時(shí)， 電磁鐵1得到剔除信號(hào)， 電磁鐵動(dòng)作， 使各剔除連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成剔除動(dòng)作。

3 改進(jìn)方法

3.1 電路設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)思路：考慮到電磁鐵得電工作時(shí)，電磁鐵線圈產(chǎn)生的渦流會(huì)導(dǎo)致線圈發(fā)熱，超過一定時(shí)間后會(huì)引起電磁鐵線圈燒壞。為此，設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)時(shí)控制電路對(duì)剔除控制信號(hào)或停止輸送控制信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)控制，當(dāng)其信號(hào)持續(xù)時(shí)間大于120秒（時(shí)間可調(diào)整）后，將其相應(yīng)的控制信號(hào)回路作暫時(shí)斷開處理，在設(shè)備運(yùn)動(dòng)（或啟動(dòng)，或點(diǎn)動(dòng)、或手動(dòng)盤車）時(shí)，用一個(gè)自動(dòng)復(fù)位信號(hào)將其控制信號(hào)回路接通（包裝機(jī)組的Micro II電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，始終優(yōu)先啟動(dòng)煙包輸送通道的輸送皮帶電機(jī)），使原電磁鐵工作性能保持不變，從而達(dá)到解決問題的目的。

（2）設(shè)計(jì)依據(jù)：根據(jù)GDX2（ZB45）包裝機(jī)組電控系統(tǒng)的工作原理，在設(shè)備運(yùn)行（正常啟動(dòng)，或點(diǎn)動(dòng)、或手動(dòng)盤車）時(shí)，其控制電柜13號(hào)輸出控制板的6腳將輸出一個(gè)高電平控制信號(hào)（線號(hào)3/708），控制煙包輸送通道的輸送皮帶電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行；取煙包輸送通道的煙包輸送皮帶電機(jī)控制信號(hào)作為自動(dòng)復(fù)位信號(hào)，用PLC工業(yè)可編程控制器對(duì)各剔除控制信號(hào)或停止輸送控制信號(hào)進(jìn)行計(jì)時(shí)控制，這樣便能實(shí)現(xiàn)電磁鐵控制電路恢復(fù)原有的功能。

3.2 程序設(shè)計(jì)及元器件選擇

（1）控制流程圖

（2）設(shè)計(jì)程序：該P(yáng)LC控制器指令系統(tǒng)完全支持西門子S7-200的全部指令，采用西門子編程軟件編寫的控制程序。如下圖：

（3）元器件選取：根據(jù)控制數(shù)量及現(xiàn)有的PLC控制器，選用某公司型號(hào)為CPU224 AC/DC/RL的PLC控制器。該控制器為14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出（繼電器輸出），IN為高電平有效，與電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊IN控制信號(hào)電平相同，滿足控制需求。

（4）PLC接線框圖（如圖4）。

4 改進(jìn)效果

（1）通過程序模擬試驗(yàn)后，安裝到我廠其中一臺(tái)GDX2（ZB45）包裝機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場測試，并進(jìn)行1周的連續(xù)運(yùn)行觀察，增加PLC裝置對(duì)GDX2（ZB45）包裝機(jī)組剔除電磁鐵進(jìn)行計(jì)時(shí)控制未對(duì)設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生任何影響，達(dá)到改進(jìn)設(shè)計(jì)的目的。

（2）通過連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月，徹底解決了電磁鐵線圈過熱燒壞現(xiàn)象，并及時(shí)推廣到其它GDX2（ZB45）包裝機(jī)組，至今未出現(xiàn)過電磁鐵線圈過熱燒壞的現(xiàn)象，效果較好，性能十分穩(wěn)定，有效的排除了該系列包裝機(jī)組各剔除機(jī)構(gòu)的故障，提高了設(shè)備運(yùn)行效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)束語

通過對(duì)工廠現(xiàn)有GDX2（ZB45）包裝機(jī)組電磁鐵控制電路的改進(jìn)后，未出現(xiàn)過相關(guān)電磁鐵線圈過熱燒壞的現(xiàn)象。結(jié)果表明：該控制方法有效的徹底解決該系列包裝機(jī)組易出現(xiàn)電磁鐵線圈過熱損壞的故障現(xiàn)象，有效地避免因剔除裝置或停止輸送裝置動(dòng)作不到位而產(chǎn)生設(shè)備打壞故障，降低了設(shè)備運(yùn)行成本，提高了設(shè)備運(yùn)行效率，而且改進(jìn)方法簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，為煙草行業(yè)GDX2（ZB45）包裝機(jī)組連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性起到一定的借鑒作用。

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