CN109363233A - 烟丝风力送丝恒定速度控制装置 - Google Patents

烟丝风力送丝恒定速度控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种烟丝风力送丝恒定速度控制装置，该控制装置包括两根除尘管道、风速传感器、控制器、伺服驱动机构、风速控制阀、阀门位置检测传感器、烟丝速度检测机构；本发明采用了上述技术方案，使烟丝的运行速度得以实现最佳的运行控制，提高了风力送丝系统的稳定性，并且对烟丝品质及烟支剔除不良率都有很大的提升。

Description

烟丝风力送丝恒定速度控制装置
技术领域
本发明适用于烟丝风力送丝恒定速度的控制。
背景技术
目前，烟草行业内卷烟企业应用最为广泛的供丝系统为风力送丝系统，其采用了风机产生一定的速度和压力的气流通过管道输送散状物料的技术，具有管道布置灵活、输送安全、环境污染少等优点。成品烟丝输送是连接制丝和卷包的重要环节，目前，风力送丝系统中对烟丝输送的控制一般采用测量送丝管道的风速信号，以其作为检测的标准信号，并与所设定的风速进行比较，经计算输出控制信号，驱动调节蝶阀的阀门开度，使得卷烟机送丝管的风速稳定在设定的范围之内，从而实现风力送丝系统丝管风速的稳定控制。其控制只能保证送丝风速有效稳定在设定范围，无法对烟丝的运行速度进行调控。单一的风速衡定和送丝管道千变万化的走向决定了丝管中烟丝的运行速度是各不相同的，难以寻求烟丝运行速度的最佳有效值，当烟丝运行速度过低，会出现卷烟机组供丝不足中断或烟丝停留在管道中引起管道堵塞，影响正常生产；烟丝运行速度过高会加大烟丝与管道之间的摩擦与碰撞，提高碎丝和烟沫，减少了烟丝的填充值与整丝率，造成了烟丝造碎率高，水分及香气散失严重等问题。
发明内容
为了使烟丝的运行速度得以实现最佳的运行控制，提高风力送丝系统的稳定性，降低烟丝的造碎率，提升烟丝品质及烟支剔除不良率，本发明提供一种烟丝风力送丝恒定速度控制装置，其特征在于：该控制装置包括两根除尘管道、风速传感器、控制器、伺服驱动机构、风速控制阀、阀门位置检测传感器、烟丝速度检测机构；
所述的两根的除尘管道通过法兰盘与风速控制阀连接；
所述的伺服驱动模块用来控制阀门的打开与关闭，其包括伺服控制器、伺服电机、同步带轮以及同步齿形带；
所述风速控制阀包括卡簧、阀杆、阀片、阀体以及驱动安装支架，所述阀体内部焊有一扇片基座和同步带轮箱，所述扇片基座背面开有槽口，同步带轮箱底部镂空，所述扇片基座与同步带轮箱上设有一同轴孔，所述阀杆置于该同轴孔内，阀杆前端和末端开有卡簧槽，前端末端采用卡簧A和卡簧B将阀杆固定在同轴孔上；所述阀片分为主动阀片与从动阀片，所述从动阀片上设有与扇形基座直径相同的同轴孔，所述从动阀片在其背面开设有槽口，且在对应槽口点的左前面有圆柱凸点，从动阀片同轴于阀杆上，圆柱凸点置于扇形基座槽口内；所述从动阀片呈多片叠加并同轴于阀杆上；所述主动阀片同轴于阀杆，所述的主动阀片相应的键槽对应阀杆键，且位于其左侧的圆柱凸点置于最后一片从动阀片槽口内；所述阀杆穿过同步带轮箱，在同步带轮箱内部同轴一同步带轮；所述驱动安装支架安装在阀体外围用以安装伺服电机，伺服电机通过同步齿形带和同步带轮带动阀体内阀片动作，从而实现阀门的开启关闭。
所述的阀门位置检测传感器检测风速控制阀在运行过程中的开启关闭位置及全开位置；
所述风速传感器的两个采风点分别安装在风速控制阀的除尘管道连接卷烟机的一边，采风点间隔设置且通过软管连接到风速传感器上，前采风点采集管道全压，后采风点采集管道静压，通过压力信号的处理转换，风速传感器将采集的信号传输至控制器；
所述烟丝速度检测机构包括烟丝速度检测传感器、2根送丝管道、聚氯乙烯塑料套管和卡箍组成，所述2根送丝管道分别套入聚氯乙烯塑料套管两头，并由卡箍抱住；所述烟丝速度检测传感器安装在聚氯乙烯塑料套管上，并由卡箍固定，通过烟丝速度检测传感器检测烟丝的运行速度。
所述控制器将风速传感器传输的信号进行处理，并与预先设定的风速进行比较，控制器输出信号至伺服控制器，伺服控制器控制伺服电机调节风速控制阀，使送丝风速在启动时达到风速的设定值，并通过对烟丝速度的检测计算来寻找烟丝最为有效的运行速度，通过信号反馈至控制器，调节风速控制阀将送丝风速降低至最合理的送丝范围，使烟丝运行速度平稳有效。
作为优选，所述控制装置还包括罩壳，所述的罩壳分为半圆柱型罩盖和半圆柱形罩座，半圆柱型罩座通过抱箍抱住两根除尘管道的管体。
作为优选，所述的阀门位置检测传感器检测阀门由2个带螺纹的检测距离范围在1毫米到2毫米的金属感应式传感器组成，其安装在阀体上。
作为优选，该控制装置还包括人机对话装置，其实时反映除尘管道的风速、风速控制阀门的运行情况、送丝管道内烟丝的速度以及管道内烟丝的运行量。
本发明采用了上述技术方案，使风力送丝系统中烟丝运行速度得以实现控制，提高了风力送丝系统的稳定性，并且对烟丝品质及烟支剔除不良率都有很大的提升。
烟丝风力送丝恒定速度控制装置的开发使整丝率和碎丝率得到了明显的改善，通过选定1台卷烟机进行烟丝速度的有控制和烟丝速度的无控制各取10组烟，每组20支进行测试，发现整丝率从72.53％提高到了75.8％，提高了3.27％，碎丝率从2.463％降低到1.794％，降低了0.669％。
烟丝风力送丝恒定速度控制装置的开发使烟支剔除不良率降低，通过选定1台卷烟机通过烟丝速度的有控制和烟丝速度的无控制各生产一周，统计不良烟支剔除率，两周对比生产后发现，少剔除不良烟支大约12758支，一年大约可减少1117.2万支不良烟支。
附图说明
图1为本发明提供的控制装置的结构示意图；
图2为本发明提供的风速传感器以及伺服驱动模块的结构示意图；
图3和图4为风速控制阀和伺服驱动模块的结构示意图；
图5为本发明提供的从动阀片的两侧的结构示意图；
图6为本发明提供的主动阀片的结构示意图；
图7为罩壳的结构示意图；
图8为烟丝速度检测机构结构图；
图9为本发明提供的控制装置的工作流程图。
具体实施方式
如图6和图2所示，卷烟风送除尘管风速恒定控制装置，该控制装置包括罩壳1、除尘管道1-1、风速传感器10-1、设备控制模块10-2、伺服驱动模块5、风速控制阀1-3、阀门位置检测传感器1-4、人机对话装置；
其中，所述的设备控制模块10-2采用S7-300PLC系统，其包括了CPU模块、输入输出模块、数据采集模块、脉冲发生模块及CP通讯模块；
如图4所示，所述的伺服驱动模块5用来控制阀门的打开与关闭，采用了伺服电机2-9、伺服控制器10-3、同步带轮A 3-3、同步带轮B 3-5、同步齿形带3-4；
如图3和图4所示，所述风速控制阀由卡簧A 2-1、卡簧B 3-2、阀杆2-2、阀片2-3、阀体2-5、驱动安装支架2-6组成，所述阀体2-5内部焊有一扇片基座2-7和同步带轮箱3-1，扇形基座2-7背面开有一条宽5毫米，弧长为50.9毫米，深度为2毫米的槽口，同步带轮箱3-1底部镂空，扇形基座2-7与同步带轮箱上设有一同轴孔2-8，所述阀杆2-2置于同轴孔2-8内，阀杆前端和末端开有卡簧槽，前端末端采用卡簧A 2-1和卡簧B 3-2将阀杆2-2固定在同轴孔2-8上；
所述阀片2-3分为主动阀片2-31与从动阀片2-32：
如图5所示，所述的从动阀片上设有与扇形基座2-7直径相同的同轴孔2-33，背面开有一条宽5毫米，弧长为50.9毫米，深度为1.5毫米的槽口2-34，对应槽口点的左前面有一直径4.5毫米，高为1.5毫米的圆柱凸点2-35，从动阀片同轴于阀杆2-2上，圆柱凸点2-35置于基座槽口内；所述从动阀片，多片同轴于阀杆2-2上，并形成叠加；
如图6所示，所述主动阀片2-31同轴于阀杆2-2，相应的键槽2-36对应阀杆键，左前面有一直径4.5毫米，高为1.5毫米的圆柱凸点2-37，圆柱凸点2-37置于最后一片从动阀片槽口内；所述阀杆2-2穿过同步带轮箱3-1，在同步带轮箱3-1内部同轴一同步带轮3-3；所述驱动安装支架2-6，安装在阀体2-5外围，用以安装伺服电机2-9，伺服电机2-9通过同步齿形带3-4和同步带轮A 3-3、同步带轮B 3-5，带动阀体内阀片动作，从而实现阀门的开启关闭；
图8所示，所述烟丝速度检测机构包括烟丝速度检测传感器11-3、2根送丝管道11-1、聚氯乙烯塑料套管11-4和卡箍11-2组成，所述2根送丝管道11-1分别套入聚氯乙烯塑料套管11-4两头，并由卡箍11-2抱住；所述烟丝速度检测传感器11-3安装在聚氯乙烯塑料套管11-4上，并由卡箍11-2固定，通过烟丝速度检测传感器11-3检测烟丝的运行速度。
所述的阀门位置检测传感器1-4检测阀门在运行过程中的开启关闭位置及全开位置，其由2个带螺纹的检测距离范围在1毫米到2毫米的金属感应式传感器组成，并安装在阀体上,分别对应阀门的打开位置和关闭位置。
所述风速传感器的两个采风点1-5分别安装在风速控制阀的阀体除尘管道1-1连接卷烟机的一边，采风点1-5采用间隔设置，通过软管连接到风速传感器10-1上，风速传感器10-1将采集的信号传输给数据采集模块，通过CPU模块的计算处理，将计算数据与人机对话装置上所设定的数据进行比较，从而控制脉冲模块驱动伺服控制器10-3控制伺服电机1-2动作；两根除尘管道通过法兰盘1-6与风速控制阀1-3的阀体连接，并安装在所述的罩壳内，如图7所示，罩壳分为半圆柱型罩盖10-4和半圆柱形罩座10-5，两部分罩壳通过不锈钢排铰10-6连接，提高了维修打开的便捷性；半圆柱型罩座10-5通过抱箍10-7抱住两根除尘管道的管体，使其固定在除尘管道1-1上，半圆柱型罩座罩边安装有各种插接口10-8，插接口完成电源的供应及各种数据信号的传输；所述设备控制模块、伺服控制器和风速传感器安装在半圆柱型罩盖的安装板10-9上。
所述人机对话装置通过工业以太网端口与设备控制模块上的CP通讯模块相连，其安装于卷烟设备上，采用了PROFINET TCP/IP标准通信协议，由CP通讯模块将除尘管道的风速及风速控制阀门的运行情况实时采集，通过CPU模块计算后反馈于人机界面交流显示，CP通讯模块还与现场千兆交换机相连，通过千兆交换机将数据传入风力送丝除尘中央控制器，实现数据的集中采集、分析与控制。
如图9所示，当除尘机构、卷烟机、喂丝机处于工作状态时，烟丝风力送丝恒定速度控制装置PLC控制器将接收到除尘机运行信号、卷烟机运行信号以及喂丝机运行信号，当卷烟机发出要料信号时，PLC控制器执行程序，通过输出信号预处理，将使能信号与运行方向信号供给伺服驱动模块，同时脉冲发生模块输出脉冲信号供给伺服驱动模块，伺服电机2-9通过同步带轮A 3-3、同步带轮B 3-5与同步齿形带3-4之间的联系带动阀片缓慢打开。此时阀门位置传感器在阀片打开的瞬间，将一下降沿脉冲信号传输给PLC控制器，PLC控制器开始实时采集风速传感器10-1由采风点采集的风速信号，经过风速信号预处理之后，通过PLC控制器计算处理，数据由CP通讯模块通过PROFINET TCP/IP标准通信协议将除尘管道的风速及风速控制阀门的运行情况传输与人机对话装置交流显示，并与人机对话装置上所设置的数据进行比较，将数据差反馈给PLC控制器，由PLC控制器进一步计算控制阀片的打开关闭比例，控制风速在设定值的范围内，当有烟丝通过烟丝速度检测传感器时，烟丝速度检测传感器检测当前管道截面通过的烟丝量和烟丝运行速度，同时将数据反馈给PLC控制器，由PLC控制器计算控制阀片将送丝风速降低至最合理的送丝范围，同时降低烟丝的运行速度，使烟丝运行速度平稳有效，通过CP通讯模块还与现场千兆交换机相连，通过千兆交换机将数据传入风力送丝除尘中央控制器，实现数据的集中采集、分析与控制；
示例性地，预先在人机界面上设定风速如15m/s，当启动风力送丝进行供丝时，控制器先控制伺服控制器，再由伺服控制器控制伺服电机旋转带动阀片打开，此时除尘管道上的两个风速采集点传感器，将压力信号转换成电流信号发送给控制器上的模拟量采集模块，控制器将采集的信号进行转换计算并与人机界面上的15m/s风速进行比较，当大于15m/s时，伺服电机反转带动阀片将阀门关小，当小于15m/s时，伺服电机正转带动阀片将阀门开大；同时烟丝速度检测传感器对每一次运行中管道的来料烟丝的运行速度进行检测，当检测到烟丝的运行速度达到风速的75％时，由阀片将阀门关小，风速由每0.5m/s的速度下降，当检测到烟丝的运行速度降低至风速的30％时，由阀片将阀门开大，风速由每0.5m/s的速度上升，这样送丝风速就被控制在较低水平，烟丝速度就处于最合适的范围。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.烟丝风力送丝恒定速度控制装置，其特征在于：该控制装置包括两根除尘管道、风速传感器、控制器、伺服驱动机构、风速控制阀、阀门位置检测传感器、烟丝速度检测机构；
所述的两根的除尘管道通过法兰盘与风速控制阀连接；
所述的伺服驱动模块用来控制阀门的打开与关闭，其包括伺服控制器、伺服电机、同步带轮以及同步齿形带；
所述风速控制阀包括卡簧、阀杆、阀片、阀体以及驱动安装支架，所述阀体内部焊有一扇片基座和同步带轮箱，所述扇片基座背面开有槽口，同步带轮箱底部镂空，所述扇片基座与同步带轮箱上设有一同轴孔，所述阀杆置于该同轴孔内，阀杆前端和末端开有卡簧槽，前端末端采用卡簧A和卡簧B将阀杆固定在同轴孔上；所述阀片分为主动阀片与从动阀片，所述从动阀片上设有与扇形基座直径相同的同轴孔，所述从动阀片在其背面开设有槽口，且在对应槽口点的左前面有圆柱凸点，从动阀片同轴于阀杆上，圆柱凸点置于扇形基座槽口内；所述从动阀片呈多片叠加并同轴于阀杆上；所述主动阀片同轴于阀杆，所述的主动阀片相应的键槽对应阀杆键，且位于其左侧的圆柱凸点置于最后一片从动阀片槽口内；所述阀杆穿过同步带轮箱，在同步带轮箱内部同轴一同步带轮；所述驱动安装支架安装在阀体外围用以安装伺服电机，伺服电机通过同步齿形带和同步带轮带动阀体内阀片动作，从而实现阀门的开启关闭；
所述的阀门位置检测传感器检测风速控制阀在运行过程中的开启关闭位置及全开位置；
所述风速传感器的两个采风点分别安装在风速控制阀的除尘管道连接卷烟机的一边，采风点间隔设置且通过软管连接到风速传感器上，风速传感器将采集的信号传输至控制器；
所述烟丝速度检测机构包括烟丝速度检测传感器、2根送丝管道、聚氯乙烯塑料套管和卡箍组成，所述2根送丝管道分别套入聚氯乙烯塑料套管两头，并由卡箍抱住；所述烟丝速度检测传感器安装在聚氯乙烯塑料套管上，并由卡箍固定，通过烟丝速度检测传感器检测烟丝的运行速度。
所述控制器将风速传感器传输的信号进行处理，并与预先设定的风速进行比较，控制器输出信号至伺服控制器，伺服控制器控制伺服电机调节风速控制阀，使送丝风速在启动时达到风速的设定值，并通过对烟丝速度的检测计算来寻找烟丝最为有效的运行速度，通过信号反馈至控制器，调节风速控制阀将送丝风速降低至最合理的送丝范围，使烟丝运行速度平稳有效。
2.根据权利要求1所述烟丝风力送丝恒定速度控制装置，其特征在于：所述控制装置还包括罩壳，所述的罩壳分为半圆柱型罩盖和半圆柱形罩座，半圆柱型罩座通过抱箍抱住两根除尘管道的管体。
3.根据权利要求1所述的烟丝风力送丝恒定速度控制装置，其特征在于：所述的阀门位置检测传感器检测阀门由2个带螺纹的检测距离范围在1毫米到2毫米的金属感应式传感器组成，其安装在阀体上。
4.根据权利要求1所述的烟丝风力送丝恒定速度控制装置，其特征在于：该控制装置还包括人机对话装置，其实时反映除尘管道的风速及风速控制阀门的运行情况、送丝管道内烟丝的速度以及管道内烟丝的运行量。
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