PASSIM卷烟机卷烟纸张力伺服装置改进

摘 要：PASSIM卷烟机采用独立驱动的纸张力伺服控制装置，在实际应用中存在不完善之处，如机组刚启动时纸张力探测臂摆动幅度较大易引起卷烟纸断纸现象，并且因纸张力快速变化而使探测臂产生抖动。设计改进后增加一个气缸和PID速度调节器，对控制电路作相应的调整，使纸张力伺服控制装置工作稳定，避免断纸和探测臂抖动现象。

关键词：纸张力；伺服控制装置；设计；改进

1 Passim卷烟机纸张力伺服控制装置改进的必要性和重要性

Passim卷烟机是英国MOLINS公司的系列产品之一，在卷烟机纸张力控制方面，采用了当今世界各种高速机型都普遍使用的伺服控制形式，从设计者原意来说是想提高纸张力稳定性和降低断纸频率，但是，由于原设计存在着不足，致使纸张力伺服控制装置经常出现工作不正常现象，发生断纸和纸张力波动等故障。

如果把纸张力伺服控制装置取消，采用纯机械传动形式，这样做的结果是带来了另外的问题。当拖纸辊被压纸辊压紧时，卷烟纸的供给速度受拖纸辊直径与转速的控制，若布带轮直径稍小，烟枪布带速度将小于卷烟纸的供给速度，卷烟纸越来越松，直到探测臂摆动到最高位置并随之发生卷烟纸带缠绕而断纸；若布带轮直径稍大，烟枪布带速度将大于卷烟纸的供给速度，卷烟纸被越拉越紧，要么被拉断，要么相对于布带或拖纸辊发生滑动而造成跳牌子现象。所以，布带轮直径必须精确地对应于拖纸辊直径，从而就不能通过调整布带轮直径来精确地调整烟支长度。

因此，改造Passim卷烟机的纸张力伺服控制装置，使纸张力伺服控制装置工作稳定，避免断纸和纸张力剧烈波动，提高烟支质量，不仅是必要的，而且也是重要的。

2 原纸张力伺服控制装置的工作原理

Passim卷烟机原纸张力伺服控制装置的工作原理是，卷烟纸张力由探测臂因重力而产生的力矩提供，电位器把探测臂的角位移转化为电信号，与测速电机测得的机组运行速度信号一起被传送给信号处理单元，信号处理单元把二者进行乘法运算后作为探测臂位置偏差信号与机组运行速度信号的另一路一起传送给伺服驱动器，伺服驱动器根据探测臂位置偏差信号和机组运行速度信号来改变拖纸辊的转速，使探测臂有回复到正常工作时的零点位置（探测臂的零点位置由电位器的零点位置决定，一般应处于摆幅的中点位置）的倾向。因此，卷烟纸张力只与探测臂因重力而产生的力矩相关，基本上保持恒定。

3 原纸张力伺服控制装置在实际应用中存在的问题

诱发纸张力伺服控制装置工作不稳定，引起断纸和纸张力剧烈波动的主要原因是：

3.1 由于断纸后探测臂在重力产生的力矩作用下摆动到最高处，在机组刚启动时，探测臂位于极限位置，电位器输出的偏差电信号过大，引起伺服控制装置强烈响应，导致机组刚启动时探测臂大幅剧烈摆动，有时会引起卷烟纸断纸而造成机组停机。

3.2 由于信号处理电路采用比例放大器，响应速度过快，系统稳定性差。其结果是探测臂抖动厉害，易发生断纸，或者造成纸边跳动，影响上胶效果，严重时会引起烟条暴口而使机组停机。

3.3 伺服控制装置所采用的卷烟机运行速度信号是由一测速电机提供的电压信号，信号在到达伺服控制装置的过程中会受到周围各种电器和电动机产生的杂波的干扰，特别是在卷烟机刚起动时，由于速度较低，速度信号较弱，受到的干扰更加严重，易引起信号失真，造成探测臂大幅摆动。

在上述几点问题中，第一点尤为关键。由于机组刚启动时探测臂位于最高位置，错误地反应了拖纸辊与烟枪布带的线速度差信息，易使伺服控制装置在机组刚启动时强烈响应，使探测臂发生剧烈振荡而造成断纸。这也就是普遍难于对Passim卷烟机纸张力伺服控制装置进行调整和解除故障的原因所在。

避免探测臂在机组刚启动时位于极限位置，是解决Passim卷烟机纸张力伺服控制装置所存在问题的关键。总之，解决了这个问题，也就解决了最根本的问题。

4 改进措施

为了克服Passim卷烟机上纸张力伺服控制装置中存在的上述问题，设计了一种新型纸张力伺服控制装置，该纸张力伺服控制装置工作稳定，可以避免断纸和纸张力剧烈波动的不足。本改进可通过这样的方法和结构来实现（图1）。

图1 新型纸张力伺服控制装置原理图

1.纸张力探测单元；2.信号处理单元；3.伺服驱动单元；4.重锤；5.气缸；6.电位器；7.探测臂；8.探测臂导纸辊；9.固定导纸辊；10.固定导纸辊；11.卷烟纸；12.测速电机；13.滤波电路；14.PID调节器；15.伺服电机驱动器；16.测速器；17.伺服电机；18.拖纸辊；19.压纸辊

4.1 在探测臂处设置―受电磁阀控制的气缸，断纸后气缸将探测臂顶到摆幅的中间位置，当卷烟机起动时气缸缩回与探测臂脱离，这样即可以保证探测臂在起动时处于摆幅的中间位置，与电位器的零点位置重合，避免电位器输出过大的偏差电信号而引起伺服控制装置强烈响应及启动时探测臂大幅剧烈摆动。

4.2 在原来的纸张力控制装置中增加―PID速度调节器（比例-积分-微分调节器）。PID速度调节器可以消除稳态误差，并且可以单独调节其比例-积分-微分各项的作用强度，特别是其积分调节作用可以使系统的稳定性增加。

4.3 取消原纸张力控制电路板上的乘法电路，使纸臂探测信号直接进入PID速度调节器，避免在卷烟机速度较低的情况下调节信号过弱而导致的断纸现象。

经过上述改进，可以使纸张力伺服控制装置运行稳定和便于调节，避免断纸和纸张力剧烈波动。

5 改造方案的性能、效益分析

本改进可以提高卷烟机的运行稳定性，减少停机次数。因为启动和停机过程易产生废烟，所以卷烟机经过改进后就减少了原附材料的损耗。同时，改进后还可以提高纸张力的稳定性，减小纸边跳动，提高上胶质量，达到提高烟支质量的目的。

参考文献

[1]烟草设备技术培训教材.帕西姆卷烟机[S].昆明：云南科技出版社.

[2]许昌烟草机械有限责任公司.ZJ19A卷接机组安装调试技术培训教材（二、三册）（机械）[S].

[3]莫林斯公司.帕西姆机组技术手册[S].