TG80压棒机可变进料时间的研究与改进

摘 要：TG80压棒机能够将粉尘收集起来后进行压实，从而减少尘土占用的空间并减少可吸入粉尘进入空气当中。由于设备老化导致TG80压棒机的进料量不足，进而降低设备工作效率，在对TG80压棒机的工作原理进行研究后，通过更改控制程序使TG80压棒机的进料时间可以从人机交互界面进行精确控制以提高进料时间，从而增加进料量，最终提高TG80压棒机的工作效率及压棒出料成型效果。

关键词：压棒机；进料时间；PLC；WinCC flexible

引言

在卷烟生产过程中，从制丝车间到卷包车间均会产生大量的粉尘，而这些粉尘最终都通过除尘系统送至压棒机来，再通过压棒机将这些粉尘进行压缩成型，形成一块块的粉尘棒料以减少尘土所占用的空间，其次通过将粉尘进行压实也可以避免尘土在进行运输、处理时产生二次污染，此外这些粉尘棒料还是燃烧值很高的燃料。公司使用的压棒机是由格雷伯公司生产的TG80型全自动液压式压棒机，主要用于烟草行业，能将粉尘压缩成一定尺寸规格的密实粉尘棒料。

1、存在问题

TG80压棒机从引进至今已有12年，随着设备长期高负荷的运作，设备的精密度开始下降，造成压棒机工作效率降低并导致压棒效果不佳，如图1所示。在实际工作中发现，设备的压棒成型效率在慢慢下降，表现为出料成型块（粉尘棒料）长度变短且会出现棒料不实的现象，有时会有粉末状尘土出现，如图2所示，其中左侧出料较右侧出料成型效果差。在长期工作中大量未压实的粉尘棒料让除尘间的空气受到污染并使得二次运输变得相对困难，再者压棒成型效率降低还导致设备工作时间延长，使得设备的磨损更加严重。

图1 TG80压棒机结构图

图2棒料出料长度变短且易破碎

2、原因分析

2.1 TG80压棒机工作原理

储料仓内的粉尘在刮板进料机构不断旋转的作用下落入左右两个螺旋送料总成的垂直料斗中，垂直料斗中有一搅料棒可将落入料斗中的物料搅松，使物料顺利落到由液压马达驱动的送料螺杆上，这些物料在液压马达的驱动下不断被送入压缩座中。

送入到压缩座中的物料在特种压尘油缸活塞杆的不断挤压下，被分别送人左右两个成型头，结实的棒料在成型头中被特种压尘油缸活塞杆压缩成型。

当活塞杆在不断压缩棒料的过程中，推动特种压尘油缸活塞杆的液压压力会不断升高，当此压力达到压力开关设定值时，成型头的夹钳就会松开，此时物料被推出成型头。接着在行程开关的控制下，活塞杆往反方向运动，一个周期结束。

2.2 影响压棒机工作效率的原因分析

在对TG80压棒机的工作过程进行研究与分析后，发现导致TG80压棒机工作效率低下的主要原因是由液压马达驱动的送料螺杆每次送料给压缩座的物料不足造成的。

送料螺杆安装在压缩座后面，其动力由液压马达驱动，用来将物料送进压缩座当中，进入压缩座的物料再由活塞杆压缩成型。但送料螺杆上的液压马达并不是一直在工作的，由于活塞杆在不断的往复运动，送料螺杆上的液压马达若一直工作将导致物料卡在螺杆中造成螺杆损坏。压尘油缸活塞杆下方有4个行程开关，分别为SQ4、SQ5、SQ6、SQ7，其中SQ5、SQ7用来控制活塞杆的往复运动，SQ4、SQ6用来控制送料螺杆上的液压马达工作，即进料。当活塞杆往左边运动时触发行程开关SQ6，启动了右边的进料动作，而当活塞杆从左边开始往右边运动时，SQ6被释放，右边的进料动作停止，这样就形成一次完整的进料过程。通过对进料时间的监控，发现在活塞杆的不断运动下每次进料时间不到500ms，现场观察到送料螺杆上的液压马达动作时间短且速度慢，检查驱动液压马达的油压压力处于正常范围内，在对送料螺杆及液压马达进行维护清理过后问题依然存在，因此判断为进料机构设备老化，精密度降低造成。

3、改进措施

提升TG80压棒机的工作效率可以通过提高驱动送料螺杆的液压马达的动力，即提高油压压力及通过延长液压马达的工作时间来进行。提高油压对设备各部件都有较大影响，特别是在设备已经存在老化现象的情况下提高油压可能对设备造成严重损坏，所以选择通过延长进料时间来提高压棒机的工作效率。

3.1 更改PLC控制程序

TG80压棒机的控制系统采用西门子PLC300系列，更改需采用step7编程软件。由于送料螺杆不能一直工作，否则会被粉尘卡住，因此延长进料时间必须保证活塞杆处于与进料一侧不同的方向，比如要对左边进行进料则必须保证活塞杆此时处于右边。结合电路与程序，可利用活塞杆运动的左右极限行程开关SQ5、SQ7来作为进料触发点，当极限行程开关被触发后才可以触发进料动作，此时暂停活塞杆运动，直到进料时间达到设定值才再次启动活塞杆运动，采用左右极限行程开关作为触发进料条件的同时保留原进料触发行程开关的功能，即两个条件必须同时满足才能启动进料动作，以保证设备安全。比如：要启动左边进料动作，SQ7及SQ4必须同时触发。由于左右两边出料效果不一致，所以设计成两边进料时间可独立调整。

3.2 增加HMI控制参数

为了方便操作者对进料时间的设置，必须增加人机交互界面（HMI）上的控制参数，提供参数设置入口。TG80压棒机的人机交互界面利用西门子的WinCC flexible进行开发，上位机通过以太网与PLC300进行通讯。由于参数设置不合理可能对设备造成损坏，所以上位机的设计必须考虑到参数的设置范围，经过现场调校，最终将参数范围限制在400ms-1500ms之间，递增幅度为10ms，且为了防止误操作，增加了操作密码，如图3所示。

4、改进效果

改进后对设备进行近半个月的跟踪观察，在通过对进料时间的多次修改后，压棒机的工作效率有了明显提升，由于压缩密实度提高，成型效果也有所提升，粉尘棒料的单次出料长度可以达到改进前的近两倍，如图4所示，改进后压棒机活塞杆每次运动的工作效率是之前的约两倍，接近原机的生产能力水平，工作效率提升还缩短了压棒机的工作时间，避免设备机械的疲劳磨损，从而延长压棒机的使用寿命并提高了压棒机成型效果。■

参考文献

[1]孙书芳、柴瑞娟、孙承志等.西门子PLC高级培训教程[M].人民邮电出版社，2011.

[2]西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子人机界面[M].北京航空航天大学出版社，2009.

[3]海心、马银忠、刘树青.西门子PLC开发入门与典型案例[M].人民邮电出版社，2010.

[4]格雷伯科技有限公司.TG70、TG80型全自动液压式压棒机使用说明书[Z].