基于激光测距技术的滤棒成型机丝束余量监控系统设计.pdf
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1、2023 年 9 月第 56 卷第 9 期烟草科技Tobacco Science&TechnologySep.2023Vol.56 No.9摘要:为解决滤棒生产过程中因丝束包配送不及时而导致设备生产效率低等问题,设计了一种丝束余量监控系统。系统由激光测距传感器、服务器和PC端组成。激光测距传感器安装于丝束包防尘罩上,实时采集传感器到丝束包顶部平面的距离;无线传输模块通过LoRa协议与服务器连接,将采集的数据转换为丝束包高度后存储于服务器中;PC端根据丝束包高度计算并显示丝束余量信息,提示及时配送新丝束包。以曲靖卷烟厂使用的12台KDF4滤棒成型机为对象进行测试,结果表明:丝束余量监控系统应用后
2、,无需由人工统计各成型机丝束余量且未再出现丝束包超前配送情况,成型机因丝束包配送不及时而导致的停机时间减少7.79 min/班次。该技术可为提高滤棒成型设备生产效率提供支持。关键词:滤棒成型机;丝束余量;激光测距传感器;无线传输模块;监控系统中图分类号:TS457文献标志码:A文章编号:1002-0861(2023)09-0107-06收稿日期:2023-06-19录用日期:2023-07-19基金项目:2021年红云红河烟草(集团)有限责任公司科技项目“滤棒物理指标稳定性提升及质量监控系统的开发与应用”(HYHH2021XX01)。第一作者:何超(1993),男,学士,助理工程师,从事滤棒成
3、型设备研究。Email:*通信作者:周易文(1992),男,硕士,助理工程师,从事滤棒成型设备研究。Email:引用本文:何超,周易文,喻涛,等.基于激光测距技术的滤棒成型机丝束余量监控系统设计 J.烟草科技,2023,56(9):107-112.(HE Chao,ZHOU Yiwen,YU Tao,et al.Development of leftover tow monitoring system in filter rod maker based on laserdistance measurementJ.Tobacco Science&Technology,2023,56(9):107
4、-112.DOI:10.16135/j.issn1002-0861.2023.0357)基于激光测距技术的滤棒成型机丝束余量监控系统设计何超,周易文*,喻涛,彭国事,李超红云红河烟草(集团)有限责任公司曲靖卷烟厂,云南省曲靖市麒麟区麒麟北路499号655001Development of leftover tow monitoring system in filter rod maker based onlaser distance measurementHE Chao,ZHOU Yiwen*,YU Tao,PENG Guoshi,LI ChaoQujing Cigarette Factory
5、,HongyunHonghe Tobacco(Group)Co.,Ltd.,Qujing 655001,Yunnan,ChinaAbstract:A tow monitoring system was developed in order to deliver a new tow bale to filter rodmaker timely.The system mainly consists of a laser distance sensor,a server and a PC terminal.Thelaser distance sensor is installed on the du
6、stproof cover of the tow bale to measure the distance fromthe sensor to the top surface of the bale real-timely.The wireless transmission module is connected tothe server via the LoRa protocol,the collected data are converted into tow bale s height data andstored in the server.The PC terminal calcul
7、ates and displays the surplus information of leftover towin the bale based on their height data,and reminds to deliver a new tow bale in time.The developedmonitoring system was tested on 12 KDF4 filter rod makers in Qujing Cigarette Factory.The resultsshowed that there was no need to manually check
8、the tow amount for each maker and no earlydelivery of tow bale was found.Idle time of filter rod maker due to late delivery of tow bale wasreduced by 7.79 min/shift.This technology provides support for the promotion of productionefficiency of filter rod makers.Keywords:Filter rod maker;Leftover tow;
9、Laser distance sensor;Wireless transmission module;Monitoring system2023 年烟草科技醋酸纤维丝束(以下简称丝束)是卷烟滤棒生产的主要原辅材料,一般以包(500 kg/包)为单位存放于原辅料室中,生产时由人工将新丝束包配送至成型机。为确保丝束包配送准时,在交班前需要统计车间内各成型机丝束包剩余高度并估算交班余丝量,从而为预测丝束包配送时间提供依据。由于交班余丝量估算误差大且丝束包配送时间容易受成型设备保养时间的影响,经常会出现丝束包配送超前或滞后等问题,导致配送人员在机台处长时间等待或设备停机等待,影响设备生产效率。近年来,
10、针对丝束和滤棒生产过程中的工艺优化和设备改进已有较多研究。柴可梁1通过加装吸阻稳定装置,消除了丝束包打包压痕、丝束带高度降低等因素对滤棒吸阻稳定性的影响;廖伟宏等2通过改进KDF3成型机开松装置的气路部分,为捕丝器提供压力稳定的压缩空气,提高丝束线速度稳定性,减少设备故障停机次数;黄建新等3通过实验表明,在滤棒生产过程中采取降低丝束张力和提高丝束上油均匀性等措施能够减少飞花现象;朱唯等4采用正交试验对KDFM成型机3个开松辊的转速进行优化,降低了滤棒生产中的丝束消耗;宋庆庆等5设计了一种丝束生产线自控系统,提高了丝束生产效率和质量;赵松斌等6通过加装超低台面精密电子秤实时采集丝束质量,并基于Z
11、igBee无线传输技术设计了一种烟用丝束计量系统,但为保证电子秤台面与地面平齐,需要在车间内设置下沉式安装槽,该方法不适用于高层厂房。激光测距传感器具有测量精度高、安装方便等优点,不需要改变车间内设备布局即可实现对丝束包剩余高度的测量。为此,基于激光测距技术设计一种丝束余量监控系统,以期提高滤棒成型机丝束配送时效性,提升设备生产效率。1系统设计1.1系统结构丝束余量监控系统主要由激光测距传感器、无线传输模块、服务器和PC端组成,见图1。激光测距传感器安装于丝束包防尘罩(图2)上,以实时测量传感器到丝束包顶部平面的距离(即传感器检测距离);无线传输模块将传感器采集的数据传输至服务器后转换为丝束包
12、高度并存储于服务器中;PC端读取丝束包高度并计算丝束包余量信息(以百分比表示),可实时显示车间内所有滤棒成型机的丝束包余量,从而合理安排新丝束包的配送时间。无线传输模块与数据库之间通过LoRa协议7连接,并接入卷烟厂内部视频监控局域网络。服务器由中继服务器和Sql Server数据库服务器组成,中继服务器用于串口创建和程序配置,Sql Server数据库服务器用于数据存储;通信部分包括传输和接收,两部分均采用相图1丝束余量监控系统结构示意图Fig.1Structure of leftover tow monitoring system同模块并以网络广播的形式进行通信。1.2传感器选型和参数设置
13、综合考虑每台滤棒成型机中激光测距传感器的安装高度和检测精度要求,选用了LDM2002RWGC型激光测距传感器(德国JENOPTIK公司),测量精度为0.1 mm,采样频率为500 Hz,串口为RS485接口组成半双工网络8。受生产现场噪声及振动等环境因素影响,采用平衡驱动器和差分接收器组合方式,并使用抗共模干扰能力强的屏蔽双绞线进行传输。此外,还采用了灵敏度高、功耗低、可靠性强的LoRa无线传输技术,通过终端模块与网关模块配对使用,将传感器数据通过无线网络进行传输。传感器总线接口为 RS485/TTL;波特率为 9 600 Bd,配有1个起始位,8位数据位,2个停止位;功能码为1127;数据格
14、式为 RTU;校验方式为循环冗余CRC校验。108第 56 卷第 9 期1.3丝束余量计算方法1.3.1丝束包状态分类在服务器中创建、配置OPC程序9并编写触发器程序10,对实时传入数据进行平滑处理并用数据标识来表征当前丝束包状态。如图3所示,将传感器采样频率设置为500 Hz,正常生产过程中丝束包平面每消耗一层丝束用时25 s左右,取每25 s合计12 500个数据的平均值作为当前时间节点的丝束包高度。为方便数据分析,将生产中传感器检测值分为4种状态:当检测值(即传感器到丝束包顶部平面的距离)达到最大值时,将数据状态FStaus设置为10,表示当前处于丝束包用尽且托盘(位于丝束包下方,便于叉
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