0 引言

烟机的技术发展日趋先进，包装机生产速度和自动化程度越来越高，其中ZB48包装机最高生产速度已达到800包/min。以ZB48为代表的超高速包装机组采用基于PC控制技术的开放式自动化系统结构，它充分发挥PC控制系统的优点，在满足生产需求的同时，降低了生产成本和空间配置，提高了安全性和生产效率［1］。包装机辅料的用量也越来越大，包装机用盘纸为以下四种：内框纸、铝箔纸、小盒透明纸、条盒透明纸。每盘铝箔纸的长度大约1800m，在包装机全速情况下，每隔16.7min需要更换一次铝箔纸；内框纸、小盒透明纸、条盒透明纸虽然更换间隔时间较长，但本身较重，不利于人工操作，增加了操作人员的劳动强度和企业的人工成本，且不利于卷烟企业的现场管理［2］。

尽管如此，中国石油企业从未放弃伊朗这一重要油气资源地，并利用伊核协议签署后的缓和时期，抓住伊朗政府为重新吸引国际投资者而推出更有吸引力的石油合同这一有利时机，通过双边谈判再次进入伊朗。虽然新石油合同条款较为优惠，但重启制裁后带来的投资及回收问题难以解决，合同履约将面临诸多困难，这些问题甚至可能导致中国石油企业再次违约或退出项目。

YF712/YF713型包装机组物料站是中国烟草总公司从德国佛克机械制造公司引进FOCKE公司M543/M593专用技术，由许昌某厂消化、吸收制造。YF712/YF713实现了卷烟包装材料更换及自动拼接的功能，是一种半自动设备。该物料站工作流程为：YF712的机械手抓取材料转移到YF713相应工位上，由YF713实现材料的输送及拼接。关于采用机械手实现物料转移的功能，张海英等人研究过基于PLC的物料搬运机械手的设计［3］；李桂莉做过物料抓取机械手结构与控制系统研究［4］；牛玉军研究过机械手在盘纸供应拼接装置中的应用［5］。目前该设备存在的问题是偶尔出现YF712的机械手抓取的一种材料放到了YF713不同种类材料的工位上。这种情况不常出现，而一旦出现就需要操作人员手动将错误的纸盘取下，会产生安全隐患。通过修改程序将要料信号排序由时间控制改为条件控制，改进后放错材料的故障由3次/季度下降到0次/季度。

1 存在问题

1.1 设备简介

整套YF712/YF713分为两个独立的部分。YF712是材料纸盘转移部分，负责将货板上的材料纸盘转移到YF713相应工位。YF713是材料输送及拼接部分。各部分可以分别实现两种不同材料的输送，YF713自备材料输送纠偏功能。

在控制方式上，YF712/YF713共用一个德国BECKHOFF公司IPC开放式电控自动化系统，IPC操作界面采用VisiWin系统，此平台具有故障显示，借助提示操作人员能够尽快排查及消除故障；功能强大、实用性强。传动部分使用Elau公司C400型伺服控制器，SH系列伺服电机。具体连接方式为：主控制器IPC的一路连接到ZB48硬盒包装机或者盒外透明纸包装机的IPC，另一路连接到设备本身各I/O总线控制模块和C400伺服控制器。以上各控制器之间采用PROFIBUS-DP总线连接。

YF713有四个工位，1A、1B工位承接待装载的是材料1，2A、2B工位承接待装载的材料2。

对比以太坊依靠各节点的计算力使之持续运转，本系统主要依靠各节点的存储算力。因此，决定对用户节点的性能评估从网络性能和存储水平2方面展开。其中，网络性能的高低影响电子数据分片的传输速度，存储水平的高低影响电子数据分片的存储可靠性。网络性能的参数比重通过模糊层次分析法（FAHP）计算出。然后通过双基点法（TOPSIS）计算各优基点与理想/反理想优基点的欧氏距离，得出综合距离并进行节点顺序排名。

YF712对材料纸盘的转移是通过机械手来完成的。如图1所示，机械手由两个平行的直线轴（LX），系统X轴、Y轴（水平运行轨迹），直线轴系统轴Z轴（竖直运行轨迹），摆臂，吸盘，两个带有减速箱的伺服电机，两个减速异步电机。吸盘上装有盘纸张紧装置，实现盘纸的抓取动作［5］。吸盘上分布2个测距传感器，YF712靠这两个传感器实现货板材料高度的确定和纸盘圆心的确定。

YF712抓取纸盘后，需要将纸盘放到YF713相应的四个工位上。如果YF712在执行某个材料需求任务的过程中YF713其他工位产生了材料需求信号，YF712就按照信号发生时间的先后顺序执行。

图1 机械手组成示意图

YF712机械手的自动工作流程如图2，机器上电复位无故障后，选择自动模式运行，YF712抓取纸盘后，就按照信号发生时间的先后顺序执行。

图2 机械手工作流程图

如果建立起设计人员和造价人员之间良好的沟通机制，就可以相应减小这种情况带来的问题。从设计开始到设计结束，都要进行技术和经济的权衡，从而最终保证项目设计方案在满足技术指标的同时又能够保证项目建设的经济性。当然，解决问题的关键是在人才培养机制方面下功夫，培养一批既懂设计又懂经济的复合型高素质人才。

图3是图2流程图中的判断条件“YF713要料信号”的产生过程。由图3可见，在一段时间内可以产生多个要料信号。YF712在上一个放料过程完成后，自动寻找下一个最早产生要料信号的任务来执行。

盘纸存储装置主要组成部分是一个摆臂，一端固定在一个轴上。摆臂位置的测定则由安装在轴上的绝对值编码器测得。编码器与轴驱动电机形成了闭环控制，摆臂提升则轴加速，摆臂下降则轴减速，摆臂提升到极限位置则表明速度不匹配，摆臂下降到极限位置则表明断纸。纸盘在转动过程中直径检测由伺服电机自带的编码器反馈。

图3 要料程序执行流程

针对偶尔出现YF712的机械手抓取的材料放到YF713不同种类材料的工位上的问题，经过观察及试验发现当YF713发出一种材料纸盘需求信号，YF712机械手已经从放置该材料的货板夹起了纸盘，如果此时YF712停机（如按下YF712停机按钮、打开YF712的安全门、干扰YF712的安全光栅等等），机械手夹着这个纸盘停止运动。之后，YF713更换了另一种材料的纸盘，向YF712发出了另一种纸盘需求信号，此时，复位运行YF712，那么必定出现机械手将正在夹着的这个纸盘放到了另一种材料的工位上。

1.1.1 YF712工作流程

图4所示纸盘轴的旋转由伺服电机驱动；图5为纸盘更换流程。

纸盘轴垂直于盘纸升降装置，当盘纸升降装置检测到有纸盘，之后下降将纸盘送入纸盘轴中，纸盘轴由摆动装置驱动垂直旋转90度到达输送工位后，操作人员将纸盘开封，寻找到纸头贴上拼接胶带，并将纸头穿入拼接机构，拼接机构内有负压风可吸住纸头。在操作人员操作的同时，盘纸升降装置自动提升到位，YF713发出材料需求信号，触发YF712机械手到相应货板取纸盘，然后将相应的新纸盘安放到到盘纸升降装置上。纸盘轴的垂直旋转及盘纸升降装置各由一个气缸驱动。

三是环境保护社会组织出现两极分化的现象，一些有国际资金支持的组织、一些有国内财团支持的社会组织和国际环境保护社会组织在华分支机构在环境保护事业中迅速发展壮大，但一些本土的社会组织发展起色不大；环境保护社会组织数量仍然偏少，影响力总体仍然偏弱，建设性总体不足，作为全社会环境保护的参与和协调组织，难以填补政府、公民、中介技术服务组织和企业之间的角色空白，亟须立法予以经济、技术等方面的支持。

图4 纸盘更换装置图

1-摆动装置 2-拼接装置 3-纸盘轴4盘纸存储装置 5-机座 6-纸盘轴7-转向输送装置 8-摆动装置 9-盘纸升降装置

图5 YF713纸盘更换流程

在该实验中，算法使用RBF核函数，其中C=120，gamma=0.02。用10组真实数据交叉验证得到经验误差为x=0.012, y=0.009；真实误差值为ΔE= 1.21。

1.2 问题现象

1.1.2 YF713工作流程

1.3 原因分析

在正常情况下不会出现放错纸盘的现象，但只有在以上条件下才会出现这个问题。根据以上分析及故障现象可以推测，YF712机械手从材料1货板抓起纸盘之后，本来应该放到材料1的工位上，但在这个过程中，YF712突然收到停机信号，在停机的这段时间，YF713材料2纸盘需求信号进入，按下YF712复位按钮之后，打乱了之前要料信号的排序，干扰了未完成任务的执行，致使其认为材料2纸盘需求的优先级高于材料1，因此复位启动YF712之后，机械手便将材料1送到了材料2的工位上，反之亦然。

钾长石常呈自形、半自形板柱状，粒径约为0.3～5 mm，常发育典型的卡斯巴双晶，且部分钾长石环带发育(图1h)。钾长石多分布于石英和云母类矿物粒间。另外偶见有钾长石蚀变为绢云母。

2 改进措施

可以加入一个互锁条件，控制2种材料纸盘需求信号的产生顺序可以解决放错纸盘的问题。对程序进行在线监控可发现，在纸盘未放到工位前，相应工位的纸盘需求信号是常亮的，直到纸盘安放到位，纸盘需求信号才复位。因此通过修改材料需求程序，加入互锁机制，使YF713四个工位中的某一个先发出纸盘需求信号没有得到满足前，其他工位不能产生纸盘需求信号。这样，就可以规避其他材料工位的纸盘需求信号对当前送料工作的干扰。

对材料1的纸盘需求程序加入了材料2的纸盘需求信号。同样，对材料2的纸盘需求程序加入了材料1的材料需求信号，这样就实现了两种材料需求信号的互锁，保证了在一种材料纸盘需求没有满足之前，另一种材料的两个工位都不能发出材料需求信号。这样，除非是之前的要料信号得到了满足，即使按下复位按钮，程序也不会将之前产生的要料信号进行复位［6-8］。

B4、C1(有人员死亡)、C2(有人员死亡)、C3、D1(有人员死亡)、D2区域为较大风险区域. 风险水平在一定有条件下可接受，可能导致事故发生，造成人员伤害、财产损失，必须实施有效的风险控制措施；

图6是更改后的要料程序执行流程。对比图3去除了时间排序，图6中每次只能产生一个要料信号，且此信号没有满足前，其他工位上即使空置也不会产生要料信号。

图6 更改后的要料程序执行流程

3 改进效果

3.1 设计试验

将之前产生问题所需的前提条件都满足，试验观察该问题是否会出现，试验结果见表1。

表1 程序改进前后YF712纸盘放置位置错误次数对比

项目 改进前 改进后试验次数 5 5放置错误次数 5 0

3.2 效果对比

将修改后的程序作为PLC的启动默认程序，经过一个季度的运行，物料站放错纸盘的问题出现次数为0，问题得到解决。效果见表2。

表2 物料站改进前后各一个季度效果对比

项目 改进前 改进后纸盘放置错误次数 3 0

4 结束语

解决YF712/YF713型包装机组物料站在YF712机械手臂夹取材料向YF713转移的过程中，YF712触发停机的方法其实不止一种，也可以从操作面板复位信号入手，分析为什么复位信号的进入打乱了原来的要料信号的排序优先级。因为YF712只用一个机械手给YF713四个工位转移纸盘，在执行上这个工位任务完成后才能给下一个工位的转移纸盘，所以无论是不是修改为条件触发的形式，设备的执行流程是一样的。这个改进在一定程度上减少了操作人员的劳动强度，消除了设备部分安全隐患点，在一定程度上提高了设备的有效作业率。通过修改程序，发生该问题的频次从3次/季度降到了0次/季度。

一般情况下，因为货板材料摆放不规整，操作人员不得不进入YF712载货台调整材料位置，或者有时操作人员误操作触发安全光栅等等，以上行为一定会造成YF712机械手停机，进而可能产生改进前出现的问题。所以，划定安全范围并培养操作人员良好的生产操作习惯仍然是非常必要的。

参考文献：

［1］ 孙华强.超高速烟草包装机械过程控制新特点［J］.包装与食品机械，2015，33（4）：56-58.

［2］ 牛玉军.机械手在盘纸供应拼接装置中的应用［J］.机械工程师，2012（9）：111-112.

［3］ 张海英，陈子珍，翟志永.基于PLC的物料搬运机械手的设计［J］.机械工程师，2010（9）：83-84.

［4］ 李桂莉.物料抓取机械手结构与控制系统研究［D］.济南：山东科技大学，2005.

［5］ 牛玉军.机械手在盘纸供应拼接装置中的应用［J］.机械工程师，2012（9）：111-112.

［6］ TwinCAT 快速入门 .［2001-12-11］.ftp：//ftp.beckhoあ.com.cn/

［7］ 王洛智，唐跃，赵全玲.新型抓胎机械手结构优化及动作分析［J］.机电工程，2017，34（4）：361-365.

［8］ TwinCAT PLC 编程手册 .［2005.5］.ftp：//ftp.beckhoあ.com.cn/