卷烟设备机电一体化的研究

1、卷烟设备机电一体化的研究近几年来，我国烟草系统对从国外引进的各种制丝设备、卷接设备和包装设备（以下简称为卷烟设备），开展了消化、吸收和国产化工作，并取得初步成效。在进行这一项工作时，应注意开展卷烟设备机电一体化的研究工作。 一、机电一体化卷烟设备的发展趋势 从引进卷烟设备来看（特别是八十年代产品），有下述显著特点：（1）仍以机械为主体；（2）大量使用各种电器元件，特别是集成电路；（3）广泛使用各种传感器；（4）较多的采用了液压和气动技术：（5）微型计算机大显身手：（6）显示装置的使用；（7）自诊断和警告功能较强；（8）非机械部件承担了较多功能，在整机中所占有地位越来越重要，在整机成本中所占比例

2、越来越大。总之，机械与电器互相渗透，紧密结合，融为一组，机电一体化程度较高。 机电一体化（Mechatronics）是迅速发展的现代微电子技术、信息技术和传统的机械技术相互渗透、相互促进的结果，是机电工业发展的必然趋势，是当前世界新技术革命的重大研究课题。我国机械电子工业部已确定把机电一体化作为我国机械电子工业发展的重大技术方向和一项主要任务来抓，并作为考核部政绩的一项主要内容。国外许多科研机构和高等院校已经作了大量研究和开发工作，新产品层出不穷。卷烟设备，作为机电产品的一个重要方面，也必然在这场世界新技术革命中一展新容。 卷烟生产过程是一个复杂的加工过程，其特点是：（1）属于流程工业，即从烟

3、叶原料到成品包装按工艺流程进行；（2）过程参数多，不仅有位移、速度、加速度、电压、电流、温度、湿度等物理量，还有物料成份、化学成份等非物理量；（3）实时性强，对过程参数需要实时检测、处理与控制；（4）需要处理的数据量大；（5）工作环境较复杂，可靠性要求高。为了安全可靠、高质量、高速度、高效益的生产，必须提高卷烟生产过程自动化的程度。高度卷烟生产过程自动化应是集散系统，即由多台微处理机分别控制整个生产过程的各个阶段，实现在总体目标最佳化指导下的局部最佳；在分散控制的基础上，把大量信息通过数据通信电缆送到中央控制室，由中心计算机集中处理、集中控制和集中管理。要实现上述目标，必须单机高度自动化、全局

4、目标最佳化；必须综合运用信息论、控制论和系统理论等现代技术理论；必须集机械技术、液压气动技术、微电子技术、计算机控制技术、传感器技术、信息处理技术、显示技术等于一体。单机高度自动化是高度生产过程自动化的基础。单机自动化程度取决于单机机电一体化程度。我国卷烟生产过程自动化的近期目标仍以提高单机自动化程度为主，我们应重视卷烟设备机电一体化的发展趋势，努力提高卷烟设备的机电一体化程度。二、机电一体化的相关技术机电一体化涉及技术领域相当广泛，从烟草加工过程考虑，主要有以下技术： 1.机械技术 机电一体化的卷烟设备仍以机械为本体，但从改善性能、减轻重量和提高精度等方面考虑，应注意以下问题： 减轻重量。除

5、了在结构上加以改进外，应尽量考虑用非金属复合材料和轻合金材料代替钢铁材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化、轻型化，才有可能在控制方面减少惯性、提高响应特性，才有可能减少能量消耗、提高效率。 提高刚性。要保证在减轻重量的情况下，不降低静态刚性、动态刚性以及导向面、配合面的刚性。 实现零部件的组件化、标准化和系列化，使其具有互换性，提高使用维修水平。 2.传感技术 如前所述，卷烟生产过程中过程参数较多，种类繁杂，需要使用各种传感器进行检测。机电一体化卷烟设备应具有自诊断功能，其自身内部的信息也需要检测。传感器检测的参数有：位置、位移、速度、加速度、力、压力、温度、湿度、流量、

6、重量、电流、电压、物料成份等；传感器传递信息的方式有：光、电、流体、机械、声、热等；传感器的技术指标有：灵敏度、分辨率、功能范围、可靠性、抗干扰性、使用寿命、耐环境性（温度、湿度、腐蚀性、电磁环境）等。传感器的发展方向是集成化、智能化。传感器正如人体的五官，没有高度灵敏、精确和可靠的传感器，就不可能有高度自动化、机电一体化的卷烟设备。 3.信息处理和控制技术 在卷烟生产过程中，设在各个部位的传感器检测到的信息需要及时地处理，并将处理的结果通过相应的接口电路，或者向驱动部件发出命令，或者向显示记录设备输出运算结果，或者向操作人员发出故障告警。信息处理和控制设备的核心是各种微处理机或可编程控制器。

7、现代微电子技术和计算机技术的迅速发展，为机电一体化的卷烟设备安装上“大脑”信息处理和控制部件，提供了广阔的前景。应用中主要应考虑运算速度、可靠性、抗干扰性、标准化及性能价格比等问题。 4.驱动技术 执行机构是机电一体化卷烟设备的重要组成部份，用来完成信息处理和控制设备发出的命令所规定的各种动作，从而完成卷烟生产过程中各工序所要求的任务。机电一体化卷烟设备中用得比较多的执行机构有无级调速电机、步进电机、液压缸、气压缸、电磁阀、继电器等。建立在集成电路、光电隔离器件和功率器件基础之上的固态继电器，具有无触点、驱动功率小、噪音低、寿命长、可靠性高、承受浪涌电流大、抗干扰性强等优点，在机电一体化卷烟设

8、备中必将普遍使用。各种电动机已普遍采用，但在快速响应和效率等方面尚需改进，内装编码器和控制器的“智能”电机已经出现。液压气动装置具有稳定性好等优点，但仍需减少体积、减轻重量和扩大功能。 5.接口技术 将机电一体化卷烟设备各组成部份连接起来的部件就是接口。接口可分为两大类：一是机电接口，完成速度快的电子部件与速度慢的机械部件之间的信息传递与交换；二是电电接口，完成相应电子部件之间的信息变换、传递与交换。接口的发展方向是标准化、模块化、小型化、大容量和低成本等。 6.软件技术 卷烟设备机电一体化程度越高，功能越强，软件技术的开发内容就越广泛。除了控制软件、信息处理软件和管理软件外，还有作业描述语言

9、的开发、数据库的建立等，都是机电一体化卷烟设备中应予关注的问题。 7.系统工程 机电一体化卷烟设备是一个由完成各种不同功能的部件融为一体的系统。如果把一个卷烟厂的生产过程自动化系统看作一个大系统，则完成某段工序任务的卷烟设备就是一个子系统。要实现大系统目标最佳化（如经济效益最佳）则应要求在服从大系统目标最佳化的前提下，争取子系统的目标最佳化，这就要用到系统工程学的理论和方法。在产品设计中，各个不同种类、承担不同动能的部件之间在精度分配、响应速度匹配、动作协调、功能匀衡等方面，都要从整体即按系统工程的方法考虑。在设备运行和管理中，既要考虑本台设备在整个生产过程中的地位和作用，又要考虑本台设备与前

10、后其它设备的联系，还要考虑设备的先进程度与操作人员素质水平匹配即所谓人一机接口问题。 三、应采取的对策 如上所述，机电一体化是一项复合技术，机电一体化卷烟设备的主要设计者、管理者和维修者，应是既懂机械又懂电子的“两栖”式技术人才。由于历史原因，我国传统的卷烟设备主要是半机械化和机械化产品，电器只充当配角，主要是提供动力分配和简单的继电器顺序控制。从事卷烟设备技术工作的工程技术人员（“老烟机”）也多以机械技术为主。如果说，过去一个“老烟机”配上一个电工当助手即能顺利开展设备改造和维修工作，现在则不同了。在对引进卷烟设备的消化、吸收和国产化工作中，设计人员根据我国原辅材料和控制操作人员素质对引进卷

11、烟设备作适当改进，感到困度很大；当引进卷烟设备发生故障时，机修人员和电修人员常因弄不清是机械部件还是电子部件出故障而互相扯皮；设备故障率升高，易损部件增多，大故障修不了，设备管理人员深感头痛。随着卷烟设备机电一体化程度的提高，卷烟生产过程自动化的发展，上述矛盾将会更加突出。为解决上述矛盾，加速我国卷烟设备机电一体化的研究，提高我国卷烟生产过程自动化的程度，应采取如下对策：1.培养人才。开展卷烟设备机电一体化的研究，人才是关键。我国烟草系统工程技术人员占全体职工的比例比其它行业低，其中懂得微电子技术和计算机控制技术的人员更是缺乏，既懂得机械又懂得电子的“两栖”式技术人才寥寥无几。除了国家计划分配

12、毕业本科生、研究生和从其它行业调人之外，当前应结合引进卷烟设备的消化、吸收和国产化工作，采取脱产集中短训和函授相结合的方式，对行业内部份有自动化技术基础的和从事机械技术的人员强化微电子、计算机控制等方面知识的教育，逐步培养和造就一批从事卷烟设备机电一体化研究、设计、维修和管理的“两栖”专门人才。 2.加快引进设备的消化和吸收工作。消化、吸收引进卷烟设备，既是掌握先进技术的最佳途径，也是引进设备国产化的基础和前提。在消化、吸收工作中，通过解剖具体的机器，应把重点放在从机电一体化角度弄清引进卷烟设备的工作原理、设计思想和工作环境上。在各级领导的关怀与支持下，在其它行业兄弟单位的协助下，近几年的消化

13、、吸收工作是有成效的，但也存在着诸如资料分散、彼此保密、消化不深入、内部挖潜不够等现象，客观上不利于引进卷烟设备的消化、吸收工作。 3.国产化工作中应高度重视微型计算机技术的开发和应用。卷烟设备机电一体化程度越高，其信息处理功能、控制功能和自诊断功能越强，这些都要靠微型计算机完成。由于引进卷烟设备多数为国外六十年代和七十年代产品，当时微型计算机在国外也尚未普及，这些设备的信息处理和控制主要靠分立电子器件完成。八十年代计算机功能增强、性能价格比降低，应用很快普及。在机电一体化卷烟设备中使用各种单板机、单片机可编程控制器，将会大大提高设备的功能、降低设备的性能价格比、缩小设备的体积、提高设备的可靠

14、性、简化设备的结构。值得一提的是，许多从事卷烟设备技术工作和管理工作的人员迄今还是计算机盲。在引进卷烟设备的国产化工作中，应高度重视微型计算机技术的开发和应用，特别是从事卷烟设备研制和生产的单位，由于机械设计和加工技术力量相对的比微型计算机技术力量强得多，更应该把微型计算机技术的开发和应用放在首位。卷烟机械的发展历史人类吸食烟草的历史至少1500年，而吸食卷烟的历史只有120多年。 卷烟机械卷烟设备用来生产卷烟的装备即运用一定的机械装备将烟草原料加工、制造成可供人们吸食的卷烟制品，其主要代表为卷烟机。 卷烟机的完善程度及自动化水平反映了一个国家卷烟机械的发展水平，同时也是衡量一个国家卷烟工业发

15、展的重要标志。 A 卷烟设备发展的三个阶段 *填充式卷烟机1872-1876（1875）A.H.HOOK创造。将烟丝填塞到已经卷好的纸管内。断续生产，2500支/分。 *连续成型卷烟机1881年J.A.BONSACK发明。先将切碎的烟丝形成烟丝条亦即填充物，然后用连续的纸条顺着该填充物纵向地将其包卷起来，再在纸条的搭口边缘处涂以浆料，最后将连续的烟条切割成一定长度的烟支。特点是连续生产，200-1500支/分。 *吸丝成型卷烟机1953年法国工程师FRANCIS LABBLE向德克费勒公司提出。利用悬浮原理将烟丝用负压吸附到网带上形成烟丝条，而后进行卷制。在此之前的1948年DECOUFLE公

16、司发明了用于修整烟丝条上凸凹不平的装置平整器。DECOUFLE公司经过几年的试验，1956吸丝成型卷烟机的模型机，1957吸丝成型+平整器LOF卷烟机。 B 1957年英国MOLINS公司从DECOUFLE公司获得了独占该专利五年的使用权许可。59年MARK8，1600-2000（64）；70MAEK9，4000，MARK9.55000；80MARK10，8000；90PASSIM。 C 当前先进的卷烟机： 日本专卖公社MMC卷接机组；德国HOUNI公司PROTOS卷接机组；意大利SASIB公司SIGMA卷接机组；意大利GD公司-121卷接机组（双枪）；法国DECOUFLE公司LOGA卷接机组

17、等。 D 现代卷烟机的概念已扩展为滤嘴卷烟生产的卷接机组。1931纸滤嘴，51醋纤，此后相继出现打孔滤棒、复合滤棒等多种类型的滤棒。各种滤嘴接装机及滤棒成型机亦相继问世。 E 卷烟生产在五十年代末连续化，六十年代末自动控制；1950年代后期烟草薄片（美国通用雪茄公司）；60年代末期膨胀烟丝（美国雷诺）；发展了水分和流量检、控技术，改进了卷烟机重量控制技术；与此同时，其他设备如打叶机、切丝机、包装机、装箱机、输送机等也在不断发展。计算机技术的发展和应用更为卷烟设备的发展开拓了更为广阔的空间。中国卷烟机械的现状建国初期，从英、美资本家手中接收了卷烟工业，所用设备多属于二、三十年代的技术水平。经过几十年的技术改造、技术引进和技术革新，尤其是我国实行改革开放、中国烟草总公司（1982年1月）成立后，我国卷烟工业的整体水平和卷烟设备的制造水平日益提高。现今卷烟工厂所用的全套设备，我国都可以自行制造，达到二十世纪八十年代水平，部分装备的制造水平达到世界先进水平。但整体上与世界先进水平相比，仍然存在着较大差距，主要体现在设备运行的可靠性和稳定性较差。现今，我国烟草行业工作的侧重点在于