Autonomiczna linia produkcyjna na bazie nabijarki gilz papierosowych FreshChoice

 Samodzielna linia produkcyjna na bazie półautomatu FreshChoice

Lakoniczny opis adaptacji maszynki do nabijania gilz papierosowych na przykładzie przypadku. Może służyć np jako punkt wyjściowy do skompletowania całkowicie automatycznej, bezobsługowej linii produkcyjnej i dalszego jej ulepszania.

Resellerzy polscy mają w ofercie pewien amerykańskiej produkcji półautomat do nabijania gilz tytoniem. Jest to maszyna dość duża i mało efektywna jeżeli się ją obsługuje ręcznie.Na szczęście daje się ona zaadaptować w taki sposób, że wraz z dodatkowymi elementami staje się całkowicie automatyczną linią produkcyjną.

Modyfikacja polega na dostawieniu do nabijarki automatyki podającej puste gilzy i odbierającej pełne.

Ponieważ praca dodatkowych podajników musi być synchronizowana z maszyną, niezbędne jest zaangażowanie do tego prostego mikrokontrolera i skomunikowanie go z kilkoma najważniejszymi wejściami i wyjściami maszyny. Nie są to galwaniczne wejścia i wyjścia - należy je dorobić.   Maszyna posiada także mechaniczną dźwignię do chwytania nabijanej gilzy, którą z mikrokontrolerem należy sprząc mechanicznie. 

Półautomat zaopatrzony jest w panel sterujący a na nim 6 membranowych przycisków oraz 7 kontrolek LED.

Wszystkie dają się wygałęzić na zewnątrz, te które są niezbędne do naszych zastosowań to:

• wyjście - sygnalizacja gotowości do nabicia gilzy LOAD
• wyjście - sygnalizacja braku tytoniu w komorze nabijarki ADD TOBACCO
• wyjście - sygnalizacja konieczności uruchomienia wewn, procedury czyszczenia maszyny CLEAN, wymuszana przez nią co 20 nabić
• wyjście START sygnalizujące konieczność kontynuacji pracy po nabiciu 20 gilz 

oraz

• wejście - przycisk STOP
•  wejście - przycisk START
• wejście - przycisk NABIJ/LOAD
• wejście - przycisk CZYSZCZENIE

plus masy dla każdej z grup.

Maszyna zaopatrzona jest też w dwa czujniki otwarcia pokrywy i demontażu przedniej szyby zasobnika na tytoń. Dla naszych potrzeb (praca ciągła) oba należy zdemontować czyli na stałe zasymulować obecność szyby (uprości to czyszczenie zasobnika) i zamknięcie pokrywy.

Wyjścia maszyny można podać bezpośrednio na wejścia ADC mikroprocesora bądź przez bufor na wejścia logiczne.

Wejścia załącza się zwierając je przez niewielki rezystor do masy portem sterownika.
Praca sterownika - w uproszczeniu - polega na sekwencji:

1. po starcie/resecie sterownik  oczekuje na ustawienie ilości gilz do nabicia. Po wprowadzeniu wartości kontynuuje pracę
2. procedura startowa nabijarki wg instrukcji producenta (4x LOAD przeczyszczenie komory poprzez dwukrotne wysunięcie prowadnicy)
3. maszyna uformuje w komorze tytoniowy rdzeń do wsunięcia w gilzę i zapali kontrolkę LOAD
4. po wykryciu statusu LOAD podajnik podsuwa i chwyta gilzę, następnie sterownik inicjuje nabicie komendą LOAD (przycisk, wejście).
5. Maszyna nabija gilzę uformowanym wcześniej w komorze tytoniowym sztyftem i zaczyna formować kolejny, gasi kontrolkę LOAD (LED, wyjście).
6. podajnik odbiera pełną gilzę, zrzuca do pojemnika, przeciera końcówkę/nasadkę miniaturowym pędzelkiem z tytoniu i pyłu i nasadza kolejną gilzę. W tym czasie maszyna powinna już ukończyć formowanie rdzenia. 
7. jeżeli licznik nabitych gilz osiągnął ustawioną wartość z pkt 1 sterownik sygnalizuje to dźwiękiem i czeka na obsługę (napełnienie pojemników, ponowne ustawienie ilości do nabicia i start). Jeżeli zapalona jest kontrolka ADD TOBACCO sterownik sygnalizuje to dźwiękiem, wyświetla adekwatny komunikat i czeka na obsługę.
8. dalej pkt 3

Oprócz detekcji kontrolki LOAD sterownik sprawdza też stan kontrolki CLEAN i START. Maszyna co 20 nabić wymusza użycie przycisków START i CLEAN.
Przy wykryciu sygnału na kontrolce START sterownik symuluje naciśnięcie przycisku START i dalej kontynuuje swój program.

Oprócz wyjść sprzęgających sterownik bezpośrednio z maszyną, kilka wyjść steruje serwomechanizmami:

1. silne, 40-gramowe serwo obsługuje mechaniczną dźwignię chwytaka który przytrzymuje gilza na rurce na czas nabicia
2. małe, 15-gramowe serwo obsługuje pędzelek przecierający rurkę po zdjęciu napełnionej gilzy.
3. duże, 40-gramowe serwo podsuwa pustą i odbiera nabitą gilzę
4. małe, 15-gramowe serwo usuwa nabitą gilzę z podajnika

Serwomechanizmy zasilane są napięciem stabilizowanym 5V z fabrycznego 12V zasilacza maszyny, ma on wydajność ok. 4,5A co wystarcza do obsługi wszystkiego ponieważ rzadko pracuje więcej niż jeden silnik/serwo jednocześnie a nigdy dwa pod znacznym obciążeniem. Podobnie jest zasilany kontroler, z osobnego stabilizatora.

Interfejs kontrolera zaopatrzono w wyświetlacz tekstowy 2 linie po 16 znaków oraz 3 przyciski.
Pierwsza linia prezentuje liczniki: ilość ukończonych paczek, ilość nabitych gilz w bieżącej paczce oraz całkowitą ilość nabitych gilz w stosunku do wielkości ustawionej puli.
Druga linia informuje o aktualnym kroku z sekwencji, wyświetla komunikat błędu w razie wstrzymania,  prośbę o wprowadzenie wartości lub komunikat o zakończeniu nabijania puli gilz.

Przyciski sterownika:

1. CZERWONY - zatrzymuje pracę linii pomiędzy krokami czyli nigdy w ich trakcie, np podczas przesuwania gilzy
2. NIEBIESKI - służy do ustawienia ilości gilz do nabicia na początku każdej puli. Wartość minimalna to 10 sztuk, w zakresie do 100 naciśnięcie zwiększa licznik o 10, w zakresie 100-9999 o 100.
3. KONTYNUACJA pracy po zatrzymaniu, ustawieniu, zakończeniu puli.

Cała linia z zasobnikami - max ok, 2500 gilz i ok 2,5kg tytoniu.

Szkielet drewniany, mechanika z różnych profili ALU i prętów gwintowanych, łączenia śrubowe. Zasobniki z pleksy.

Wydajność linii to ok. 500-550 sztuk na godzinę. Zależy od sypkości tytoniu tj jego suchości i pocięcia. Optimum to skrawki ok. 2cm i wilgotność ok. 10%.

Margines błędów tj gilz nieprawidłowo nabitych zależy od jakości gilz fabrycznych, gdy są one niepogniecione i foremne błędy to poniżej 1% , średnio należy się liczyć z tym że między 1 a 3 sztuki na 100 będą nienabite lub nabite nieprawidłowo. Z tej grupy pewna część czyli połowa do 2/3 - o ile nie została rozdarta - nadaje się do wyprostowania i ponownego nabicia. Co ok 3-5tys warto usunąć osadzający się pył tytoniowy z mechaniki za pomocą sprężonego powietrza.

Uwagi:
Półautomat jest w pl dość drogi, to koszt prawie 3tys pln. Po adaptacji koszt całości z robocizną to zapewne ok. 7-8tys. pln. Mam powody uważać że sensowne byłoby zrobienie takiej linii na bazie tańszych nabijarek z całkowicie własną automatyką. Oznaczałoby to redukcję kosztów o ok. 1-2 tys. pln. jednocześnie jest bardzo prawdopodobne że możnaby w ten sposób uzyskać sprzężone 2 lub 3 nabijarki czyli osiągnąć wydajność rzędu 1000szt/h i więcej.