便携式滤棒在线发射接收测速器的研制

曹炳强，石 晶，张新星

（红云红河烟草（集团）有限责任公司红河卷烟厂，云南红河 652399）

0 引言

在卷烟行业内，滤棒在线发射/接收供给是卷烟生产必不可少的重要工艺环节，滤棒在线供给的保障能力直接影响着自动化卷烟设备的高效生产。

但是目前国内各厂家滤棒发射机都是通过管道气压输送方式，每次滤棒发射机、接收机设备对接关系变化、调管后，都需要PDCA 调整发射机模块发射气压，再通过长时间观察接收机、发射机的滤棒发射/接收的稳定性（滤棒触伤、折皱质量隐患，接收机料斗滤棒凌乱及发射机、接收机堵管故障率高等），直至发射机模块发送气压与接收机所需要的线速度达到相对匹配，发射/接收设备才能稳定运行。在调节过程中，由于滤棒接收机可正常接收滤棒的最佳线速度范围较小，且不同型号滤棒接收机接收速度均不相同，发射气压调节过高，将导致发射线速度过快，会出现触头、皱纹质量隐患及接收机料库乱棒、接收机堵管故障率高等问题；而发射气压调节偏小，发射管内气流压力不足，滤棒发射速度过缓，又会造成发射管内滤棒“首尾连接”，易出现皱纹质量隐患、接收机滤棒加速轮夹棒、卡阻与堵管故障等问题。

匹配调试不直观、耗时长，是严重制约着滤棒在线供给保障与卷烟设备生产效率的问题，也是行业内普遍存在的痛点问题，并且至今为止都没有有效的技术解决手段。为提高调试工作效率，急需研究一种方法来有效减少滤棒发射接收系统的调试时间。

1 滤棒在线发射/接收工艺流程设计

滤棒在线发射/接收自动供给是现代化卷烟生产必不可少的重要工艺环节，具体流程为：成型车间的滤棒发射机通过气压输送方式，将滤棒经管道高速发射至卷包车间的滤棒接收机，接收机高速接收滤棒后供卷烟机烟支卷接生产使用。滤棒发射机/接收机的发射管道连接工艺如图1 所示。

图1 滤棒发射机/接收机发射管道的连接工艺

2 测速器设计思路

2.1 总体思路

通过分析测速器的实际使用需求，考虑到“功能性、快速性、安装空间”等关键因素，采用“便携式+滤棒在线测速+一体式”的集成测速器设计思路，力求实现滤棒发送气压与接收线速度最佳匹配过程直观量化、快速便捷的调试，进而有效减少滤棒发射接收系统的调试时间。

测速器主要包含连接件、显示单元、规格设定单元、检测单元、测速控制系统五大功能部分。

（1）连接件，实现快速对接到任何一台接收机滤棒入口与发射机管道之间。

（2）显示单元，实现对发射/接收机不同规格滤棒在线发射线速度的计算测量与实时显示。

（3）规格设定单元，实现多长度规格滤棒设定功能，提升在线滤棒线速度检测精度。

（4）检测单元，实现对管道内每支滤棒的检测与信号输出。

（5）测速控制系统，实现对来自于规格设定信号及检测单元滤棒检测线速度的计算和显示。

2.2 测速器工作原理

测速器快插对接安装在接收机滤棒入口与发射管道之间，并设置好当前滤棒长度规格。测速器上的光电开关检测采集到管内高速运行的滤棒信号，并传递给控制部分。控制系统计算出滤棒的实时线速度后，通过显示单元显示出线速度数值。

2.3 研发关键及技术要求

测速器研发及技术要求见表1，其中安装空间或装置尺寸的规格为“长×宽×高”。

表1 测速器研发及技术要求参数

2.4 主要功能部件

2.4.1 连接件

滤棒发射管道更换时，需要重新对接管道和滤棒接收机，为了新型滤棒在线发射接收测速器可以快速对接到任何一台滤棒接收机入口与发射机管道之间，需要增加两个连接件。根据滤棒管通接头（公接头外径15 mm、母接头内径15 mm）尺寸，选用公插头型号为KMLY-BQ11、母插头型号为KCJT-126、平均安装时间为26.6 s 的快插式插头。

2.4.2 显示单元

为实现对发射、接收不同规格滤棒在线发射线速度的计算测量与实时显示，选用了SR420312N 型，LED 数显满足四位数值显示及安装尺寸要求。

2.4.3 规格设定单元

根据卷烟生产的实际需要，不同牌号卷烟所匹配的滤棒规格长度不同，包含96 mm、100 mm、108 mm、120 mm 等。为满足测速器快速检测出不同长度滤棒输送线速度的要求，通过测量与现场调查发现，采用编码开关的方式可以实现滤棒多长度规格设定功能，确保不同规格在线滤棒线速度检测精度。因此，选用开关位数选用4 位、满足安装空间的DIP-4 的编码开关。

2.4.4 检测单元

（1）槽型式传感器。根据滤棒的实际发射速度，要求测速器的传感器响应时间＜100 s、开关频率＞5000 Hz，才能实现对管道内每支滤棒的检测与信号输出。经过实验、测量与调查，选择满足检测精度、安装方便、免调试、空间占用小的槽型式传感器。

（2）亚克力检测玻璃管。为确保滤棒在测速器内输送过程中，检测管对传感器在线检测发射管内滤棒信号干扰小，并且管径与发射管道一致的前提下，选用透光率为93%的亚克力材料制作有效检测窗口。并根据测速器研发的实际需求，设计加工出内径为（10±0.2）mm、内径导口为（11±0.3）mm、外径为的检测管。

2.4.5 测速控制系统

（1）单片机测速系统。测速控制系统为单片机，具备4 位数值显示功能，满足安装空间，并采用Keil uVision 编程，程序控制方式、性能及可靠性均满足对来自于规格设定信号及检测单元滤棒检测线速度的计算、显示单元数字显示。

（2）设计制作单片机：①绘制单片机电路板原理图；②制作单片机电路板；③采用Keil uVision 编写程序；④采用Keil 仿真软件对单片机程序正确性进行仿真检查。

2.5 测速检测支架整体设计

为满足测速器便携式、能快速对接在各型号的管道与接收机之间的需求，需要检测支架装置重量轻，方便移动使用，最后选择密度为2.7～2.8 g/cm3的铝合金材料。支架设计加工、组装后，器件整体实际测量为114 mm×55 mm×100 mm（长×宽×高），装配设计如图2 所示。

图2 检测支架装配设计

3 安装调试

测速器各组成部分选型细化完成后，设计加工并申领采购了相关器件进行组装与调试器件（图3）。

图3 组装完成的测速器

接着对测速器测速的功能进行对比测试验证，一是测速器与M5 接收机系统集成测速系统的精度对比测试，二是测速器快插插头管路对接测试时间验证。经过对测速器测速精度进行对比测试验证，精度与M5 接收机测速系统偏差为0.53%；快插插头管路对接测试时间验证平均时间27.4 s，测速精度、快插时间及器件外观尺寸检测验证均100%达标。

4 便携式滤棒在线发射接收测速器创新点

（1）首次开发了便携式滤棒线速度测速一体式集成的技术：测试器可便携移动、一机多用，实现对企业现有各发射/接收机型设备滤棒发射/接收线速度匹配调机测速共用，显著提高调机工作效率，大幅降低滤棒发射/接收环节设备故障时长及卷烟机增设测速装置的投资费用，填补了国内/外行业的技术空白。

（2）首次开发了可设置滤棒长度规格线速度测速的技术：测试器可设置滤棒长度规格，使滤棒发射/接收线速度的测量值更精准，实现对发射/接收机不同规格滤棒在线发射线速度的计算测量与实时精准显示，使得发射气压与接收速度匹配的调试过程量化直观、数值显示，并解决了M5 卷烟机集成系统测速不具备长度规格设定及多长度规格在线滤棒线速度偏差大的技术问题。

（3）首次构建了滤棒发射/接收线速度匹配调试标准：针对便携式滤棒在线发射接收测速器的研制，首次总结编写出了FT、YF26D、YF215A、YF26、FT-S2 等各型号接收机滤棒发射/接收线速度匹配量化的调试标准，可促使行业内全员均可成为滤棒发射/接收环节线速度匹配调机的专家。

5 项目效益分析

便携式滤棒在线测速器的研发，可便捷实现对各型号发射机与接收机之间相连管道内滤棒线速度的在线测量，直观、量化直观指导维修人员，精准快速完成发射机模块发送气压与接收机所需要线速度的最佳匹配调试。

装置研发投入使用后，有效减少了滤棒在线供给对卷包造成停机或降速的影响，缩短发射机/接收机故障时长和调试时长，大大提高卷烟滤棒在线供给保障力与卷烟设备的生产效率。同时针对厂各型号滤棒接收机最佳线速度匹配调试，总结出《滤棒发射/接收线速度匹配调试标准》技术标准，为行业内滤棒在线供给系统的快速调试提供标准依据。

6 结束语

便携式滤棒在线发射接收测速器的研发，是卷烟生产滤棒在线发射/接收环节线速度匹配调试的技术革新。便捷实现了滤棒发射、接收线速度匹配调试过程直观、数据化，有效减少滤棒在线供给制约卷包高效生产的一系列问题等，大幅提高调试工作效率。技术成果不仅是行业首创，可以在行业内直接推广运用，更可以在行业外类似管道发射、运输设备运用具有较广泛的推广价值。