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    成型機改造:
    KDF2嘴棒成型機甘油霧化噴灑裝置
    來源:發布日期:2015-07-06

    目前,KDF2成型機的甘油施涂方法是毛刷旋轉方式。通過旋轉產生離心力使附著在毛刷上的甘油飛濺落在絲束上。其缺點是灑落在絲束上的液滴較大且不均勻,影響產品的重量、硬度等質量指標。20053月我公司根據市場要求及長期深入的調研,采用微細霧化噴嘴結合甘油噴涂原理與實際要求,研制了KDF2微細霧化甘油噴涂系統。系統元件采用國際知名公司的微細霧化噴嘴和高壓甘油泵,配以先進的控制裝置,觸摸屏及多重工作狀態監視使系統工作穩定,安全可靠,操作方便,有效避免嘴棒的膠孔、干棒等質量問題的發生,系統經過不斷優化和完善,進一步提高了嘴棒的產品質量。

     


    一、 系統組成




    圖一

        系統由甘油桶、甘油泵、過濾器、甘油恒溫箱、高壓泵、流量計、噴灑室、分流室 、微細霧化噴嘴、活動擋板、位置步進裝置、編碼器、觸摸屏、壓力傳感器、報警系統和控制系統等組成。

    二、甘油霧化噴灑裝置的技術特點

    1設計合理、技術先進,確保工作可靠。該裝置相對獨立,所有拆裝不影響其他結構,不改變原機設計的整體布局,與原KDF2成型機在電器和機械方面能良好兼容,具備與主機PLC和主觸摸屏的通訊功能(根據用戶需求),同機型配件具有互換性,可視化操作,全中文操作界面,方便操作,簡單易學。

    2、系統的設計、制造、安裝、運行,按中華人民共和國煙草行業標準,根據《煙草機械通用技術條件 第14部分:電氣控制系統》的規范要求,系統設置電路保護、應急停車和報警等安全防護功能和安全措施。

    3KDF2成型機完成項目改造后,設備運行穩定、可靠,正常生產時能達到額定機速,設備有效作業率在90%以上,完全滿足需方的相關內控指標要求和生產工藝要求。

    為確保甘油霧化噴灑的穩定性和可靠性,在技術措施上有以下突出特點:

    ① 四級過濾把雜質充分濾除(過濾器位置見圖一所示),通過5-10μ濾網的四級過濾后,得到干凈的甘油,避免油泵和噴嘴堵塞,保證噴霧正常。

    ② 甘油恒溫箱。新加入甘油箱的甘油溫度與正在噴灑的甘油溫度相差較大,特別是在新添加的甘油溫度較低時,甘油的粘稠度較大,分散式管路加熱方式不能使甘油溫度快速達到設定的霧化溫度,致使該時間段生產的嘴棒霧化噴灑量發生較大偏差,影響質量指標。為此,我公司在廣泛調研與論證的基礎上,總結以往的經驗,采用甘油恒溫箱,保證從甘油桶過來的甘油迅速達到設定的溫度(35+5),從而使甘油在恒定的物理狀態下被霧化,確保霧化充分,噴灑均勻,降低了嘴棒硬度的變異偏差,為提高嘴棒質量提供了保障。

    4、生產出的濾棒外觀質量和內在品質,完全達到國家煙草行業工藝質量標準,符合相關內控工藝質量標準,保證嘴棒甘油含量在8-9/支。

    5、實時監控、報警停機。在給噴嘴供甘油的總管路上和分流室,分別加裝了流量計和噴霧壓力傳感器以監測高壓泵和噴嘴工作狀況,系統管路壓力異常或霧化不正常時,傳感器會輸出信號,經過PLC處理輸出報警信號和停機指令。

    6、擁有完善的甘油過濾裝置,系統設有四級過濾器,過濾器濾芯清洗更換方便快捷,確保系統清潔干凈,同時,系統設有回油管路,使得甘油可循環使用,保證KDF2成型機的輔料(甘油)消耗指標合格。

    7、改造后,完全滿足目前需方KDF2成型機上所使用的原輔材料(如甘油、絲束等),滿足醋纖濾棒工藝標準。

    8、裝置具有故障報警和自動檢測功能,當流量計探測到甘油管路的甘油壓力異常時,發出報警信號和指令停機信號,通過主機PLC使主機停機,避免產品質量問題的發生。

    9、噴灑室的窗口驅動采用步進電機驅動,運行穩定,系統噪音低于60分貝。

    10、噴灑室的安裝位置、規格大小和固定方式與原機一致,把原來的拆掉,利用原來的固定螺釘孔,安裝上新的噴灑室即可。體積較小、外型美觀,不影響對設備的維修、操作。

    11、甘油霧化噴灑管路系統內有四級過濾裝置,第一是甘油桶至恒溫桶的甘油過濾器為5μ,有效過濾飛花和雜質;第二級是恒溫桶至高壓泵為10μ,有效過濾雜質;第三級是高壓油泵進口處自身過濾器為5μ,第四級過濾是噴頭本身自帶過濾器為5μ,確保油路清潔;噴頭本身是20μ完全避免噴頭堵塞。

    12、系統關鍵的電器元件及配件選用進口產品,德國西門子PLC,西門子變頻器,步進電機;丹麥丹佛斯噴頭,進口高壓油泵。

    13、 觸摸屏的人機界面參數設定與信息交換簡單方便。

    14、系統專門設有甘油恒溫箱,降低甘油的粘稠度,保證霧化液體粘度一致,確保霧化效果,甘油恒溫箱溫度為35+5

    15、 雙冗余度的安全報警和防護措施。一是在電路上裝有急停開關,支路上裝有過壓過載保護開關;二是利用流量和壓力監控系統,檢測管路供油壓力和分流室內的噴霧壓力,及時反映噴嘴和油泵工作情況,如果壓力異常,及時發出停機指令,有效避免質量問題的發生。

    三、系統原理

    根據噴霧理論與方法采用七只微細霧化噴嘴;噴嘴合理分布使噴霧覆蓋設定的區域并有適當且均勻的流量,從而獲得一個噴霧均勻分布的效果。高壓泵把甘油從甘油桶里泵出,并以適當的恒定壓力﹑溫度供給噴嘴,使噴嘴工作在較理想的噴霧狀態。此時在一個窗口區域內噴霧系統噴涂流量是個常數,控制這個窗口大小就可以控制通過窗口的噴霧流量。讓絲束從該窗口上方穿過,根據其穿過的速度控制窗口大小就可使絲束在單位長度上獲得適量甘油,其系統組成見上圖。按功能其分為以下五個部分:

    儲存桶、甘油輸送與霧化、噴量的控制、系統狀態監視與調節、報警保護系統。

    1、儲存桶 (含液位計)

        儲存桶(1)功用是存儲要噴涂的甘油和回流的甘油。

    通過漏斗式集中加料裝置往儲存桶內注入增加塑料劑(較常用的是醋酸甘油酯),桶內大約可儲存70升增塑劑。桶內裝有一個電磁浮動開關。由帶四只控制點的開關管和浮子組成。四個控制點的功能為:位置A——液面低于A點,機器不能起動或被切斷電源;位置B——液面低于B點,發出信號,提醒操作者要向儲存桶內加入甘油酯;位置C——液面低于C點,表示桶內儲存量正常;位置D——液面高出D點,顯示桶內已經加滿。

     

    2、甘油輸送與霧化

    此部分包含:甘油泵、第一級過濾器、甘油恒溫箱、高壓泵、流量計、噴灑室、分流室、微細霧化噴嘴、壓力傳感器。其作用是:以恒定壓力和溫度為噴嘴供給干凈的甘油,并形成穩定的噴霧。

    微細霧化噴嘴工作是有一定條件的:它要求被霧化的甘油以一定的壓力供給噴嘴,噴霧流量和壓力與甘油的物理性質(粘稠度和溫度)有關,通過高壓泵和甘油恒溫箱保證以恒定壓力和溫度供給甘油;另外7個噴嘴合理分布,使系統在其噴頭方向形成一個噴霧流量恒定的噴涂區域,確保甘油細微霧化。

    3、合理設計和先進的技術措施,保證甘油霧化的可靠性,提高質量。

    ① 四級過濾把雜質充分濾除,得到干凈的甘油,避免油泵和噴嘴堵塞保證噴霧正常。

    ② 甘油恒溫箱保證恒溫供油。新加入甘油箱的甘油溫度與正在噴灑的甘油溫度相差較大,特別是在新添加的甘油溫度較低時,甘油的粘稠度較大,分散式管路加熱方式不能使甘油溫度快速達到設定的霧化溫度,致使該時間段生產的嘴棒霧化噴灑量發生較大偏差,影響質量指標。為此,我公司在廣泛調研與論證的基礎上,總結以往的經驗,采用甘油恒溫箱,保證從甘油桶過來的甘油迅速達到設定的溫度(35+5),從而使甘油在恒定的物理狀態下被霧化,確保霧化充分,噴灑均勻,降低了嘴棒硬度的變異偏差,為提高嘴棒質量提供了保障。

    ③ 流量計和壓力傳感器監視高壓泵和噴嘴工作,壓力異常說明噴霧系統故障,出現時就會報警停機。

    4、噴霧流量的控制

    該部分包含:活動窗口擋板,位置步進裝置,編碼器, 觸摸屏,控制系統。

    噴霧流量的控制是由設置在噴頭上方的流量窗口活動擋板,以位置步進測速裝置、控制系統等來完成的。

    測速裝置采集主機速度信號,送到PLC換算出絲束的線速度,根據單位長度上甘油設定值(由單支甘油含量指轉換而得)和霧化單元面積流量來控制流量窗口開啟程度。

    5、系統的參數設定、狀態監視與調節

    系統的參數設定通過人機界面進行。其主要參數為:

    單支濾棒長度、單支濾棒甘油含量、單支濾棒甘油含量校正、手動控制設置、狀態監控參數設定。

    狀態監視:

    ?   系統狀態;

    ?   當前車速;

    ?   供液壓力;

    ?   位置步進控制狀態;

    ?   甘油泵狀態。

    6、    報警保護

    電路過壓/過載保護,由電路保護器和急停開關完成。

    噴霧異常和斷流保護,由流量計和壓力傳感器通過主機PLC控制完成,進行停機保護。

    四、 工作過程簡述

    甘油泵把甘油從甘油桶內抽出,經第一級過濾進入甘油恒溫箱,在恒溫箱里使甘油達到設定的溫度;再經二級過濾,由高壓泵⑸經本身過濾器三級過濾,將甘油以設定壓力泵入分流室,供給各個噴嘴,噴嘴本身過濾器四級過濾,此時噴嘴穩定噴霧。

     生產時絲束從噴灑室內活動擋板的上方通過,根據生產速度和工藝參數設定,系統控制活動擋板⑽開啟到預定程度,使絲束上獲得預定量的甘油。

    五、控制單元框圖

     

    ?  觸摸屏為人機界面:完成參數輸入及狀態顯示。

    ?  PLC為系統主控單元:完成邏輯運算及信號控制。

    ?  步進電機及位置控制器,絕對位置編碼器等構成窗口開啟度控制。

    ?  壓力、溫度、流量信號及高壓泵用于控制甘油輸送。

    六、功能與邏輯

        要求完成的功能:

        PLC監控主機啟動,按一定邏輯方式開啟甘油高壓泵;并依據主機速度信號按相應計算方式獲得噴灑窗口的理論開啟度,且驅動位置裝置使窗口達到預定的位置。相關的參數輸入及狀態顯示也通過觸摸屏實現。

        系統一開機觸摸屏應顯示主控畫面,并處于自動控制狀態。觸摸功能按鈕進入相應子功能。當報警事件發生則觸發相應報警畫面。

    主控畫面及子功能畫面和報警畫面如下:

    主控畫面





     報警畫面




     

    七、參數輸入

    要完成:參數輸入、狀態顯示

    1、單支濾棒長度;

    2、單支濾棒甘油含量;

    3、狀態監控參數設置;壓力報警值。

    八、功能解釋

    ① 手動方式定義: [進入有授權]

       當窗口控制置于手動方式時,即進入流量測定。每按增加按鈕 ∧,窗口增加5mm;每按減小按鈕∨,窗口減小5mm,直至完成測試。[注意手動方式時屏蔽自動位置步進功能]

    ② 流量標定輸入:[進入要有授權]

       將測定的數據輸入到相應存儲區。

       20組數據:這20組數據每相鄰的兩組之間被視為線性等分,Q0Q1Q2Q3......Q19

       進入流量標定界面:Q0開始,每按增加鍵 ∧  ,數據是從當前QiQi+1,每按減小鍵 ∨ ,從當前QiQi-1,在所選定的數據區把對應的數據輸入進去。

      校正:

        在實際運用中標定也已完成時,但發現噴涂量仍有較大偏差,則校正計算偏差。

        進入校正界面(需有授權), 按 ∧  鍵校正值a+1  按 ∨  鍵校正值a-1,并顯示a值;其初值為0,有正負。

    ④ 當前車速測量:

        讀取主機速度模擬信號,由PLC運算處理,觸摸屏實時顯示,單位(支/分)。

    ⑤ 供甘油壓力:

    當甘油泵啟動若干秒后,探測供液壓力應在10mPa±0.5mPa范圍內,超出范圍則報警。

    ⑥ 窗口開啟位置:

        由編碼器檢測當前位置,經PLC運算處理,控制窗口位置,觸摸屏實時顯示。

     a: 初始原點設定。

        與窗口主條與相關驅動機構安裝好后,使窗口閉合在原點。即開啟度為0mm處。閉合電源開啟控制系統進入初始原點設定界面;初始界面顯視當前位置編碼器的輸出值和原點值,按原點設置鍵,則PLC將當前位置編碼器讀值送至原點位置值。

     

    在開啟度為0mm處時;如果初始原點設定過,則兩個顯示內容值會相同。

    b: 當發現實際開啟度為0時,而顯示的開啟度不為零則需進行原點設定。設定后仍不正確的,則說明機構有故障。

    改造前后慮棒質量指標情況對比(詳見試驗報告)

     

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