211086668_基于ZL29型成型机中线胶恒压控制装置的设计

图1 螺旋喷胶效果图 图2 螺旋线示意图
螺旋喷胶运用运动的合成原理，使喷胶的匀速圆周运动与成型纸供给的匀速直线运动相结合，在成型纸上的胶线呈螺旋线（如图2所示），根据圆周长公式C=Π×D，螺旋喷胶的胶线宽度可以达到直线涂抹的
以下，适用于高透滤棒的生产。

图3 螺旋喷胶结构示意图
胶线的形状受提供给喷头的气压和供胶压力影响，其中气压大小可以通过胶枪上的气压表实时监测，及通过针体上的调节螺钉手动调节；而胶管内中线胶施加量难以量化，考虑到胶管传输中线胶时，胶管内的供胶压力与中线胶施加量存在一定的函数关系，选择通过实时监测胶管内的供胶压力，并同步观察胶枪喷涂效果及中线胶喷涂在成形纸上的胶线形状，对比分析供胶压力对螺旋喷胶施加效果的影响。

中线胶管路恒压装置的设计
2.1 中线胶管路恒压装置的技术要求
通过对螺旋喷胶施加工艺的分析研究，我们总结了
图4 PID控制系统原理框图
2.2.2 PID闭环稳压调节系统的构成
PID闭环稳压调节系统（如图5所示）由PLC、伺服电机、压力传感器、比例阀、流量计、防腐蚀电磁阀、触摸屏、控制切换电路等组成。

系统采用伺服电机，以转矩控制的方式运行，实时动态调节电机的转矩和速度。

流量计和压力传感器分别负责对管道流量计压力进行采样。

通过将压力和流量的仿真数据转换为数值信息，通
图5 PID闭环稳压调节系统图
2.2.3 PID闭环稳压调节系统的原理
中线胶胶泵电机驱动胶泵将中线胶从胶桶中抽出，通过胶管输送到压力传感器，该压力传感器将该压强值变换为对应的电子号X2，并将X2与该指定的信号X1进行对比，得到偏差信号△X（△X=X1-X2)（如图6所示）。

图6 中线胶胶管稳压监测PID原理图
若△X＞0，表明压力值小于给定值，偏差信号经PID处理得到控制信号，控制伺服电机，使之输出转矩恒定，电机驱动胶泵转速变快，中线胶供给量增多，压力增大。

若△X＜0，表明压力值大于给定值，偏差信号经PID处理得到控制信号，控制伺服电机，使之输出转矩
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研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用
中国设备工程 2023.04 （下）
力下降。

若△X=O，表明压力值等于给定值，偏差信号经PID 处理得到控制信号，控制伺服电机供胶组回路，使之输出转矩恒定，胶泵转速不变，中线胶供给量不变，压力不变。

控制回路的滞后性，会使压力值总与给定值有偏差。

例如，当压力传感器检测到压力下降时，电路需要对有关信号进行处理，再控制电机转速变快，并驱动胶泵转速变快，提高中线胶供给量，从压力传感器检测到压力下降到控制电机转速加快，提高供给量，恢复压力需要时间。

增加马达的速度恢复后，再把马达的速度调整到原来的速度，这个过程也需要一段时间，在此期间，中间的胶料供应会比较充足；如此一来，压力就更大了，要做出调整。

因此，在一个特定的数值中，该压力会起伏（振动），也就是该压力不稳定。

PID 技术能较好地降低系统的迟滞和过调问题。

PID 包含P（比例）处理、I（积分）处理以及D（差动）处理。

P（比率）过程是使误差信号ΔX 的正比增大，从而改善了控制的敏感性；I（集成）是通过对偏离的信号进行综合，从而减轻由于P 工艺中的比例放大而产生的超谐振；D （差异）过程是对偏离的信号进行差分运算，从而改善了控制器的快速度。

3 改造后中线胶系统的使用效果3.1 供胶系统材料的选择
考虑到中线胶的成分类似白乳胶，具有腐蚀性与强氧化性，一般的压力传感器、电磁阀等电器元件用于中线胶供胶系统中，容易失效、损坏。

因此，在电器元件的选型上，选择聚四氟乙烯为材料的压力传感器、电磁阀、比例阀等，提高电器元件的使用寿命；控制系统选择模块化SIMATIC S7-1200控制器，实现高度精确的自动化任务；显示屏选择7寸的西门子HMI 人机界面，方便压力实时监测与设定值的调整。

3.2 压力设定值的设置
前述中线胶恒压控制装置中，需要在人机界面上设置5个压力设定值，即下限停机值、下限预警值、常规使用值、上限预警值（回流开启）、上限停机值。

根据实验1、2、3的研究结果，设置供胶常规使用值为27KPa，下限预警值为23KPa，上限预警值为31KPa，并根据预警值和胶管承压上限，设置下限停机值为20KPa，上限停机值为34KPa。

3.3 改造后设备运行下螺旋喷胶施加效果
实验4：选择12号成型机，首先按照我厂生产120mm×280(V6)高透滤棒的工艺要求，设定中线胶施加量为22g/min；然后，连续以600m/min 的额定速度运行设备8小时，观察压力变化、胶枪喷涂效果及中线胶喷涂在成形纸上的胶线形状，并对比分析供胶压力对螺旋喷胶施加效果的影响。

实验观察发现，在设备连续运行的8小时内，胶管供胶压力始终保持在27KPa，喷涂稳定，胶线形状呈直
径约5mm 的螺旋线。

实验5：由于改进后胶泵转速会根据压力变化自动调节，无法通过手动调整中线胶施加量的方式调节供胶压力的大小，选择拆掉中线胶桶，使胶泵无中线胶供应，降低胶管供胶压力，然后继续连续运行设备，观察压力变化，检查压力下限预警和停机功能。

实验观察发现，设备运行几分钟后，供胶压力逐渐降低，当压力降至23KPa 时，系统给出压力下限预警信号；当压力降至20KPa 时，系统给出压力下限停机信号，设备停机。

实验6：从新安装中线胶桶，排放中线胶至胶水连续不断排出，调整胶针堵住喷嘴口，使中线胶无法从胶枪喷出，增加胶管供胶压力，然后继续连续运行设备，观察压力变化，检查压力下限预警、停机和回流功能。

实验观察发现，当压力升至31KPa 时，系统给出压力上限预警信号，同时，电磁阀开启，胶管中过量的压力往电磁阀方向卸压，带动胶管中的中线胶回流至中线胶桶；当压力升至34KPa 时，系统给出压力上限停机信号，设备停机。

通过上述实验可以得出，在设备正常运行时，该装置可以实时显示当前中线胶胶管压力值，并具备中线胶施加量的恒流恒压控制、自动调节与反馈等功能；同时，在中线胶施加系统异常的情况下，该装置还具备中线胶胶管自动卸压、报警、停机等功能使用效果良好。

4 结语
通过对ZL29型成型机中线胶恒压系统的改造，提高了中线胶施加的稳定性和喷涂效果；并针对中线胶施加系统使用时的异常情况，设计增加中线胶系统自动预警、回流、停机等功能，增强了设备故障预警能力，极大地提升了设备运行的稳定性及滤棒质量，取得了预期效果。

该改造具有如下技术优势：（1）该装置通过伺服稳压供胶能自动维持恒定压力，并根据压力信号自动调节胶泵转速，无级调整压力，供胶效果好，与传统供胶方式比较，不会造成胶管破裂及胶线不一样的现象；（2）电机启动平滑，减少对胶泵的冲击，延长了胶泵的使用寿命；（3）该装置保护功能齐全，运行可靠，具有欠压、过压、过流、过热等保护功能；（4）该装置可以根据用户需求，选择各种附加功能，如电机定时、休眠等功能；（5）该装置适用范围广，可用于烟草行业各种胶线的监测及稳压。

参考文献：
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