CN101297714A - 一种卷烟生产方法及其智能卷烟机组 - Google Patents

Abstract

一种卷烟生产方法及其智能卷烟机组。包括以工控机、可编程逻辑控制器为控制核心的数据采集、集中控制与管理系统、以多轴伺服控制器为控制核心的交流伺服控制与跟踪系统、交流伺服独立驱动系统、以DSP数字信号处理器为核心的钢印图案自动识别与调整系统，其中：所述数据采集、集中控制与管理系统的输入信号为检测信号，并与交流伺服控制与跟踪系统中多轴伺服控制器电连接，同时多轴伺服控制器与交流伺服独立驱动系统中的伺服控制器电连接，实现驱动交流伺服独立驱动系统中伺服电机；钢印图案自动识别与调整系统接收定位轴编码器和检测烟标传感器信号，并输出信号至布带伺服独立驱动系统，完成钢印相对位置调整，实现钢印实时动态调整的高速卷烟生产。

Description

一种卷烟生产方法及其智能卷烟机组

技术领域

本发明属于烟草机械，具体地说是一种新型卷烟生产方法及其智能卷烟机组。

背景技术

卷烟用卷烟机组MK95型是我国二十世纪九十年代从英国进口的中档卷接设备，原机组采用传统的机械传动及电气控制结构，不仅整套机组的机械结构复杂，电气元件布局离散，同时原有机组的设计结构不能够满足现在所需的生产工艺要求，具体存在以下问题：

1.原MK95卷烟机组电气设计采用微机处理芯片及多种印刷线路板，电气硬件结构及软件功能不但控制系统故障率高，无数据采集与集中管理功能，设备的维修、保养都没有数据资料可查等方面的不便，而且更为重要的是原有机组的电气控制元件及软件运算功能完全不能够达到当前所需的对盘纸进行定长定位高速卷烟生产的要求。

2.原MK95卷烟机组机械传动机构较为复杂，精密齿轮较多，备件采购价格昂贵，同时其对润滑及密封的要求也较严格，其中牌字箱的机械结构集中反映了上述问题；

原MK95卷烟机组牌字箱机械结构复杂，在卷烟生产过程中牌字箱内齿轮高速旋转，为防止齿轮磨损变形，卷烟企业必须由专人负责定期向齿轮箱内加入一定量的工业润滑油来保证齿轮箱的寿命，维持正常的生产运作，而在长时间高速旋转工作情况下，牌字箱工作温度常年偏高，极易发生漏油的情况；同时原MK95卷烟机组印刷工艺采用卷烟生产的同时对盘纸进行打印单色油墨钢印或套色油墨钢印的方式，整个打印过程恰恰又是通过牌字箱来完成，这样盘纸易被从牌字箱老化不牢油封所渗出的工业润滑油所污染；同时原MK95卷烟机组采用的打印工艺对印刷油墨的要求特别严格，若油墨过轻，即油墨供给量过小，会造成钢印模糊不清，标记不明显；若油墨过重，即油墨供给量过大，一方面易造成因钢印墨迹太多而渗入到卷烟纸里，造成烟支内部烟丝的污染；一方面过多的油墨在短时间内不易干燥，成品烟支因在生产过程中不可避免的相互接触而导致互相间外观污染，合格的烟支外观更是难以得到保证；

同时原MK95卷烟机组并不具备含油污烟检测和剔除的功能，从而造成不合格香烟流入市场，不但损害了广大消费者的利益，而且给卷烟企业造成了极为恶劣的影响。

3.原MK95卷烟机组牌字箱打印功能单一，即采用早期老式印刷工艺，只能够在卷烟生产的同时在盘纸上打印单色或套色钢印，因设计结构和印刷工艺所限盘纸上最多只可以出现两种颜色，因此若须在盘纸上呈现出由多种颜色复合而成的图案是不可能实现的，也就是说在原MK95卷烟机组中不可能生产出现具有复杂图案外观的成品烟支，卷烟企业如想要通过盘纸上打印复杂钢印作为防伪的手段也是不可能实施的。

4.原MK95卷烟机组采用手动调整钢印、手动加印色油墨的工艺要求，每次换钢印牌号后机组操作员都必须进行钢印重新定位，进行试生产一部分烟后方可投入正常生产，这样以来既浪费了生产时间又造成了不必要的消耗；同时原机组不具备钢印在线自动调整功能，在长时间的生产过程中，传递盘纸运行的布带会因发热而磨损，使盘纸运行打滑，从而造成钢印位置跳变，烟支外观大幅下降。

5.国家现已将烟草列入食品行业中，随着人们生活水平不断提高、自身保健意识不断增强，食品的卫生性与安全性受到人们越来越多的关注。原MK95卷烟机组所采用的润滑油和钢印油墨，都含有多种有毒化学物质，这些有毒物不可避免的会进入香烟中，有毒物质会随着烟草的燃烧排入大气，更严重的是绝大部分吸入消费者体中，这样以来不但给大气环境造成污染，同时也给消费者的身体健康造成了严重危害。

6.国内现有上百台原MK95卷烟机组，且大多下线闲置不用，同时原有机组半数以上为进口设备，价格相对较高，造成了极大的资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能卷烟生产方法及其卷烟机组，它是基于原MK95卷烟机组之上的新型卷烟生产方法及其智能卷烟机组，其完全不同于原MK95卷烟机组机械与电气设计结构，改变了原有MK95卷烟机组中在卷烟生产过程中同时对盘纸进行印刷单色油墨钢印或套色油墨钢印的生产运作工艺，可实现对已印刷好图案(钢印)的盘纸进行定长定位、同时具有钢印实时动态调整的高速卷烟生产。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

卷烟生产方法：将卷烟生产过程分为对盘纸进行印刷和卷烟生产两步，分步进行；首先对盘纸进行所需图案的印刷或钢印，然后在卷烟生产中加设对已印刷好图案的盘纸进行定长定位、及钢印实时动态调整步骤；在同步运动控制中通过相位控制方式采用电子齿轮系统传动；

所述电子齿轮系统传动是通过采用数频信号差分比例方式模拟出原机中主传动与负载端传动关系；所述实时动态调整步骤是在采用交流伺服独立驱动技术基础上，刀头刀片与布带轮传动系统均使用独立的伺服电机驱动方式，两个伺服电机(分别来自刀头刀片和布带轮)由相应各自的伺服控制器驱动与控制，通过定位轴编码信号、烟标检测信号和检测程序，在驱动两者运动的同时实现相互间的相对运动，盘纸钢印图案实时动态在线自动调整。

智能卷烟机组：包括以工控机、可编程逻辑控制器为控制核心的数据采集、集中控制与管理系统、以多轴伺服控制器为控制核心的交流伺服控制与跟踪系统、交流伺服独立驱动系统，以DSP(Digital Signal Processing)数字信号处理器为核心的钢印图案自动识别与调整系统，其中：数据采集、集中控制与管理系统的输入信号为检测信号，并通过总线方式与交流伺服控制与跟踪系统中的多轴伺服控制器通信，交流伺服控制与跟踪系统中的多轴伺服控制器采用总线通信方式与交流伺服独立驱动系统中的伺服控制器电连接，来实现对交流伺服独立驱动系统中伺服电机的驱动及运动控制；所述钢印图案自动识别与调整系统输入接收定位轴编码器和检测烟标传感器信号，并输出信号至交流伺服独立驱动系统中布带伺服独立驱动系统，完成对钢印相对位置的调整；

其中：所述数据采集、集中控制与管理系统由可编程逻辑控制器、工控机、各种传感器、各种执行机构构成，所述各种传感器分别被安装在卷烟机组的各自检测位置上，其输出检测信号连接到可编程逻辑控制器的输入点，所述各种执行机构分别被安装在卷烟机组的各自工作位置上，与可编程逻辑控制器的输出信号相连接，同时通过PROFIBUS通讯口、采用专业通信电缆线将可编程逻辑控制器与工控机连接在一起；

所述交流伺服控制与跟踪系统是结合新卷烟工艺要求下自主开发设计的，它以多轴伺服控制器为核心，多轴伺服控制器受控于可编程逻辑控制器，还包含有与之电连接的所述交流伺服独立驱动系统中的刀头伺服控制器，布带轮伺服控制器，劈刀伺服控制器，风室伺服控制器，后身伺服控制器，拨烟轮伺服控制器，劈刀升降伺服控制器，盘纸驱动伺服控制器，接装机主传动伺服控制器；其中可编程逻辑控制器与多轴伺服控制器之间采用通信电缆线PROFIBUS总线方式进行信息通信的交换；而多轴伺服控制器与刀头伺服控制器，布带轮伺服控制器，劈刀伺服控制器，风室伺服控制器，后身伺服控制器，拨烟轮伺服控制器，劈刀升降伺服控制器，盘纸供给伺服控制器，接装机主传动伺服控制器之间采用MI/II总线通信方式进行数据交换。

所述交流伺服独立驱动系统是结合新卷烟工艺要求下自主开发设计的，它彻底由独立的交流伺服驱动器和交流伺服电机构成(现有技术中为一台电机带所有的负载)，为单一的伺服驱动器与相应的伺服电机及其反馈编码器连接结构，通过交流伺服控制与跟踪系统中的多轴伺服控制器采用总线通信方式与交流伺服独立驱动系统中的伺服控制器电连接，来实现对交流伺服独立驱动系统中伺服电机的驱动及运动控制；例如：多轴伺服控制器、刀头伺服驱动器、通信模块、刀头伺服电机和刀头伺服电机反馈编码器构成刀头伺服独立驱动系统；以此类推本新型机组中包括有布带伺服独立驱动系统、劈刀伺服独立驱动系统，风室伺服独立驱动系统，后身伺服独立驱动系统，拨烟轮伺服独立驱动系统，劈刀升降伺服独立驱动系统，盘纸供给伺服独立驱动系统，接装机主传动伺服独立驱动系统。

所述钢印图案自动识别与调整系统以DSP(Digital Signal Processing)数字信号处理器为分析控制核心，具体包含有输入接口电路，输出接口电路，DSP中央处理器，还包括检测烟标传感器，定位轴编码器，多轴伺服控制器，布带伺服控制器，布带伺服驱动电机及布带伺服电机反馈编码器；所述定位轴编码器接收当前刀头刀片所在的位置信号，输出经DSP数字信号处理器中的输入接口电路传递给DSP中央处理器；检测烟标传感器接收来自盘纸的图案钢印信号，输出通过输入接口电路将所捕捉到的图案钢印信号传递给DSP中央处理器，经检测程序DSP中央处理器输出信号并经过输出接口电路至多轴伺服控制器，多轴伺服控制器通过MI/II现场总线将信号传递给交流伺服独立驱动系统中布带伺服独立驱动系统，完成对钢印相对位置的调整；所述DSP中央处理器内部存储的检测程序。

与原有机型技术相比，本发明所具有的特点和积极效果如下：

1.具备数据采集与管理系统功能。本发明利用数字控制技术和网络通信技术，增加机组的智能化管理，克服了原机设备的维修、保养都没有数据资料可查的不便，为机组的维护与备件的存储提供了可靠的资料；其所具备的集中控制功能，将原MK95卷烟机组所采用的微机处理芯片、继电器及多种印刷线路板控制结构改用可编程逻辑控制器集中控制模式，实现电气硬件功能软件化，不但解决了原控制系统故障率高，设备的维修、保养频繁的问题，而且运行稳定性和有效生产作业率也得到了明显的提升。

2.本发明以可编程逻辑控制器、多轴伺服控制器和触摸式工业控制计算机为核心，对原MK95卷烟机组机械和电气控制系统进行了全面彻底的改造，去掉原MK95卷烟机组机械齿轮传动机构，采用“电子齿轮”技术即交流伺服同步跟踪和独立驱动，彻底解决了原MK95卷烟机组机械传动所带来的易漏油，噪音大等问题；随着牌字箱传动齿轮箱的取消，原来盘纸易被从牌字箱老化不牢油封所渗出的工业润滑油所污染的问题也得到了彻底的解决；同时在本发明中将以印刷好图案的盘纸投入生产中，既不再采用在线印刷工艺，这样以来就不可能再出现因打印油墨过轻或过重而造成烟支外观差、内部烟丝污染等方面质量问题；又因在新型机组中去掉了原MK95卷烟机组牌字箱传动机构的同时也省略了原MK95机组生产中所必须的打印油墨，简化机组结构的同时也极大的降低了运行成本和生产费用。

3.本发明解决了原MK95卷烟机组因不能进行复杂印刷钢印作业而无法生产较为复杂图案成品烟的问题，采用新工艺生产出的烟支的外观得到了显著的提升同时，这种新的卷烟工艺也实现了通过盘纸上印刷复杂图案作为提高防伪技术的一种手段，在提高防伪技术的同时又防范假冒伪劣。

4.本发明采用交流伺服同步跟踪技术，实现卷烟生产过程中盘纸图案在线自动调整，彻底改变了原MK95卷烟机组只能手动调整钢印、手动加打印油墨的生产工艺要求，解决了原MK95卷烟机组因换钢印牌号后进行试生产所造成的浪费，以及由于长时间生产过程中盘纸跳动打滑而生产出外观不合格烟支。

5.依托于新技术新的卷烟工艺在本发明中得以实现，即取消原MK95卷烟机组采用的通过牌字箱在线油墨打印工艺，现使用已印刷好图案的盘纸，在本发明智能卷烟机组中进行定长定位高速的卷烟生产，从而彻底解决了原机所生产烟支易被润滑油和钢印油墨污染情况的出现，生产出更加环保的香烟。

6.本发明全面改造了原MK95卷烟机组纷繁复杂的机械传动结构，重新创造出一种新型卷烟机组，使其能够满足生产工艺的需要；同时原MK95卷烟机组一般平均生产速度为4000支/分钟左右，而且故障停机率非常频繁，每天故障停机时间平均为2至4个小时左右，年损失产值上百万元，采用改造后的本发明可以在平均5500支/分钟的速度连续稳定运行，性能先进、运行稳定、可靠、维护方便等特点，同时国内现有上百台MK95卷烟机组，且大多下线闲置，采用本发明可变废为宝，在新工艺、新方法下提高生产效率，带来十分巨大的经济效益；同时本设计结构和生产方法还可广泛的应用于各型高速高档的香烟卷烟机组中。

附图说明

图1为本发明结构框图；

其中标号：R3为刀头伺服电机反馈编码器；R4为布带伺服电机反馈编码器；R5为劈刀伺服电机反馈编码器；R6为风室伺服电机反馈编码器；R7为后身伺服电机反馈编码器；R8为拨烟轮伺服电机反馈编码器；R9为劈刀升降伺服电机反馈编码器；R10为盘纸驱动伺服电机反馈编码器；R11为接装机主传动伺服电机反馈编码器；

31为刀头伺服电机；41为布带伺服电机；51为劈刀伺服电机；61为风湿伺服电机；71为后身伺服电机；81为拨烟轮伺服电机；91为劈刀升降伺服电机；101为盘纸驱动伺服电机；111为接装伺服电机。

图2为图1中数据采集与集中管理系统原理图；

图3为图1中交流伺服控制与跟踪系统控制原理图；

其中标号：113为接装机主传动伺服驱动器；112为第112通信模块。

图4为图1中交流伺服独立驱动系统伺服控制器控制原理图；

图5为图1中钢印图案自动识别与调整系统结构图；

图6为图1中钢印图案自动识别与调整系统电路原理图；

图7为检测程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明生产方法：将卷烟生产过程分为对盘纸进行印刷和卷烟生产两步，分步进行；首先对盘纸进行所需图案的印刷或钢印，然后在卷烟生产中加设了对已印刷好图案的盘纸进行定长定位，同时具有钢印实时动态调整步骤；在同步运动控制中通过相位控制方式采用电子齿轮系统传动。由于先对盘纸进行所需图案的印刷或钢印，可印刷复杂图案，采用新工艺生产出的烟支的外观因可根据需求设计而得到显著的提升；这种新的卷烟工艺也实现了通过盘纸上印刷复杂图案作为提高防伪技术的一种手段，在提高防伪技术的同时又防范假冒伪劣；

如图1所示，本发明包括以工控机、可编程逻辑控制器为控制核心的数据采集、集中控制与管理系统、以多轴伺服控制器为控制核心的交流伺服控制与跟踪系统、交流伺服独立驱动系统，以DSP(Digital SignalProcessing)数字信号处理器为核心的钢印图案自动识别与调整系统，其中：数据采集、集中控制与管理系统的输入信号为检测信号，并通过总线方式与交流伺服控制与跟踪系统中的多轴伺服控制器通信，交流伺服控制与跟踪系统中的多轴伺服控制器采用总线通信方式与交流伺服独立驱动系统中的伺服控制器电连接，来实现对交流伺服独立驱动系统中伺服电机的驱动及运动控制；所述钢印图案自动识别与调整系统输入接收定位轴编码器和检测烟标传感器信号，并输出信号至交流伺服独立驱动系统中布带伺服独立驱动系统，完成对钢印相对位置的调整；具体如下：

1.所述数据采集、集中控制与管理系统以可编程逻辑控制器1及工控机12(采用触摸式工控机)为核心，还包括各种传感器13，各种执行机构14，所述各种传感器13包括跑条传感器、断纸传感器、换盘纸传感器、以及接近开关，光电传感器等等，它们分别安装在新型卷烟机组的各自检测位置上，其输出检测信号接至可编程逻辑控制器1的输入点(IN)；所述各种执行机构14中包括电磁阀、离合器、电磁铁等，可编程逻辑控制器1的输出点(OUT)与各执行元件相连接，其将根据输入信号情况经由内部控制程序逻辑判断并输出信号控制执行原件的动作；所述可编程逻辑控制器1、工控机12(触摸式工控机)通过电缆将两者连接在一起，电缆的一端连接到工控机12的总线通信口B上，另一端连接在可编程逻辑控制器1的总线通信口A上(如图2所示)，工控机12和可编程逻辑控制器1以Profibus协议进行通讯、交换数据；本系统可以方便的实现以下两方面功能：一是用户可以将所须的参数通过触摸屏输入到工控机12内，工控机12再将参数下载到可编程逻辑控制器1中的相应数据单元，使得整个机组的工作参数发生变化；二是可编程逻辑控制器1能够把整个机组当前的运行情况、工作状态，如机器运行速度、开机时间记录、故障停机原因、产量、消耗等等信息发送给工控机12，工控机12把相应的信息显示到触摸屏上，同时信息还会被工控机12保存到自身硬盘上，便于用户的日常维修与保养。

2.所述交流伺服控制与跟踪系统是以多轴伺服控制器2为核心，它接收可编程逻辑控制器1的控制信号，输出分别至所述交流伺服独立驱动系统中的刀头伺服控制器3，布带伺服控制4，劈刀伺服控制器5，风室伺服控制器6，后身伺服控制器7，拨烟轮伺服控制器8，劈刀升降伺服控制器9，盘纸驱动伺服控制器10，接装机主传动伺服控制器11(如图3所示)；其中多轴伺服控制器2由运动控制处理器21(本实施例采用MP2300)和第22通信模块22(本实施例采用261IF)构成，其中第22通信模块22可以实现将多轴伺服控制系统2并入Profibus网络，在本发明机组中，第22通信模块22与可编程逻辑控制器1的总线通信接口A之间采用Profibus总线通信方式，可编程逻辑控制器1作为主站，多轴伺服控制器2作为从站，主站根据机组功能逻辑将运动控制信号通过Profibus总线通信方式传递给多轴伺服控制器2；系统中每个伺服控制器都由各自对应的伺服驱动器和通信模块组成，以刀头伺服控制器3为例，它是由刀头伺服驱动器33和第32通信模块32(本实施例采用NS115)组成，其中刀头伺服驱动器33用于驱动控制刀头伺服电机31；所述第32通信模块32与多轴伺服控制器2之间采用专用通信电缆相连，电缆的一端连接到第32通信模块32的总线接口D，另一端连接到多轴伺服控制器2的总线接口C，两者之间构成MI/II总线通信方式，其余8个伺服控制器与多轴伺服控制器2间都以上述方式进行总线通信，多轴伺服控制器2根据机组当前运行状况通过MI/II总线向上述9个伺服控制器发送运行指令。其中MI/II总线是一种高速的现场网络总线，它采用主从通信模式，通过此网络多轴伺服控制器2可以对多个伺服器进行相位控制、速度控制、扭矩控制等，并且可以保证十分准确的同步控制，本实施例选择相位控制方式(Phase control)。在相位控制方式下，相位命令通过使用已定义的速度指令、相位偏差和速度补偿来控制九个伺服控制系统实现伺服电机的同步运动控制，这种伺服跟随控制系统常被称为“电子齿轮”系统，通过电子齿轮功能不但实现了原机械传动的生产工艺，满足生产需要，同时它使得机组结构简化，便于维护，降低了污染，去掉了原有齿轮箱，如牌字箱机械结构，因而彻底解决了原机组易漏油的问题。

如今交流伺服技术日新月异，它的控制精度和控制算法越来越先进，现已越来又多的应用于生产流水线中，取代了原有生产设备中单一主传动通过齿轮箱、连轴节、离合器等驱动各负载运转的方式，而采用交流伺服同步跟踪和交流伺服独立驱动技术取而代之，这种技术是为生产设备中每一个传动负载执行单元都提供一个独立的输出单元，在这里交流伺服电机用于独立驱动负载，同时，原负载端与主传动间的传动比例关系采用交流伺服同步跟踪系统中所具有的数频信号差分比例功能，此功能可以模拟出原机中主传动与负载端通过齿轮箱或传动轴等方式传动关系，因此这种将交流伺服同步跟踪技术又称为“电子齿轮”。

3.所述交流伺服独立驱动系统彻底改变了传统的机械传动结构，传统意义上讲，主电机作为整个机组唯一动力输出机构，并通过传动轴或齿轮箱等方式将动力传递给机组中各传动部件，而新型机组中采用交流伺服独立驱动方式，通过交流伺服控制与跟踪系统中的多轴伺服控制器采用总线通信方式与交流伺服独立驱动系统中的伺服控制器电连接，来实现对交流伺服独立驱动系统中伺服电机的驱动及运动控制通过多轴伺服控制器2接收交流伺服控制与跟踪系统的驱动信号；每组负载都对应一台伺服电机，负载的动力则由对应伺服电机提供，每台伺服电机都由相应的伺服驱动器进行驱动，电机自身所带的反馈编码器将电机当前位置反馈给伺服驱动器，实现整个伺服系统自身闭环控制。电子齿轮系统传动是采用数频信号差分比例，模拟出原机中主传动与负载端传动关系。

现以刀头伺服独立驱动系统为例加以说明，整个系统由多轴伺服控制器2，刀头伺服驱动器33，第32通信模块32，刀头伺服电机31，刀头伺服电机编码器R3构成，(如图4所示)；在本发明控制机组中刀头伺服驱动器33通过第32通信模块32与多轴伺服控制器2之间建立MI/II总线通信模式，多轴伺服控制器2中的运动控制处理器21以相位控制模式通过该总线将机器运行指令传递给刀头伺服驱动器33中的电子齿轮比功能块34，经相位偏差计数器35，速度前馈功能块38，速度控制环36，电流控制环37后驱动刀头伺服电机运动，同时刀头伺服电机31自身所带的反馈编码器R3将位置信号反馈给相位偏差计数器35中，来实现电机的闭环控制，若相位偏差计数器35中出现正偏差或负偏差，则伺服电机减速或加速转动直到偏差被消除或在允许范围内为止。在控制系统中，为了获得良好的动态特性与稳态特性，即相位偏差计数器35中的计算值最小，必须要对伺服系统的位置环、速度环和电流环进行调整和校正，从而实现优良的系统响应特性。从图4中可以看出，刀头伺服驱动器33的位置环、速度环和电流环在控制器中由外向内排列，根据经典的控制理论越是靠近伺服电机内侧的控制环路越需要提高其相应响应速率，如果违背此原则，就会使系统响应变差甚至产生振荡；刀头伺服驱动器33中最靠近电机内侧的为电流环，由于其与电机特性相关，应在保证电机安全使用的前提下，提高电流环增益，确保了充分的响应性，再通过调整位置环增益和速度环增益使伺服驱动器系统获得良好的控制效果。一般情况下，位置环的响应性应低于速度环的响应性设定。因为若只提高位置环增益，会引起速度环的振动，延长了同步定位时间，因此，当提高位置环增益前，应首先提高速度环的增益，当提高速度环增益时，机械系统产生振动，此时就不能再继续提高增益。在“位置环的响应性＞速度环的响应性”的关系形成后，即使位置环的输出速度指令进行直线加减速运动，也会由于速度环的响应性能的影响而无法跟踪。位置偏移增多，需要增加速度指令。其结果因为电机转速过快，位置环将会开始减小速度指令。但是速度环的响应性会因此而变差，从而使电机无法适应，出现速度的波动。此时，应下调位置环增益，或提高速度环增益，以使速度指令消除波动。一般来说，不能使位置环增益超出机械系统固有的振动范围。例如，对于多关节机器人而言，由于使用波动齿轮减速机，其整体结构的刚性较差，其固有振动频率只有10-20Hz左右。相反，贴片机、IC耦合器等高精度的机械设备的固有频率为70Hz以上，因此其位置环增益可以设定到70Hz以上。

为了对微小的输入也能响应，速度环中含有积分功能(通过刀头伺服驱动器33中的速度控制环36实现)。积分功能的存在，对伺服系统而言是延迟的因素。因此时间常数过大时，会延长定位时间，使响应性能变差。当负载的转动惯量较大、机械系统内部有振动因素时必须增大积分功能时间常数(Ti)，避免机械振动，减小机械磨损。同时速度环中含有速度增益(Kv)功能，积分时间常数(Ti)与速度增益(Kv)大致按照以下标准来确定：

Ti≥2～3(2×3.14×Kv)；

其中Ti表示积分功能时间常数，单位是S(秒)；Kv表示速度环增益其单位是Hz(赫兹)。

速度前馈功能块38的调节可以减少PID控制算法中微分增益及电机环路阻尼所引起的跟随误差，通过速度前馈功能块38的调整可以使伺服控制系统的响应性提高。

总之，本发明实现精确的传动是基于对伺服控制系统进行参数的正确设计调整和性能分析，以保证伺服系统的动态跟踪和稳定运行及偏差尽可能减小，保证机电系统生产加工精度的需要。

以此类推本新型机组中还包括有布带伺服独立驱动系统、劈刀伺服独立驱动系统，风室伺服独立驱动系统，后身伺服独立驱动系统，拨烟轮伺服独立驱动系统，劈刀升降伺服独立驱动系统，盘纸供给伺服独立驱动系统，接装机主传动伺服独立驱动系统。

4.所述钢印图案自动识别与调整系统采用DSP(Digital SignalProcessing)数字信号处理器15为分析控制核心，具体包含有输入接口电路16，输出接口电路19，DSP中央处理器20，检测烟标传感器17，定位轴编码器18，多轴伺服控制器2，布带伺服控制器4，布带伺服驱动电机41、布带伺服电机反馈编码器R4(如图5所示)。

检测烟标传感器接收来自盘纸的图案钢印信号，输出通过输入接口电路将所捕捉到的图案钢印信号传递给DSP中央处理器，经检测程序DSP中央处理器输出信号并经过输出接口电路至多轴伺服控制器，多轴伺服控制器通过MI/II现场总线将信号传递给交流伺服独立驱动系统中布带伺服独立驱动系统，完成对钢印相对位置的调整。

本发明改变了原有MK95卷烟机组中在卷烟生产过程中同时对盘纸进行印刷单色油墨钢印或套色油墨钢印的生产运作工艺，将已印刷好图案(钢印)的盘纸应用到本发明新型智能卷烟机组中，采用定长定位、实时动态调整钢印的工艺进行高速卷烟生产。在这种工艺要求下控制系统必须对盘纸上已印刷好的图案钢印进行采样定位，区别判断出正确的且系统所需要的钢印信号。

结合以上工艺要求本发明卷烟机将定位轴编码器18安装到卷烟机刀头传动机构中，定位轴编码器18的转动将随刀头的运动而旋转，因烟支在卷烟生产工艺过程中首先形成烟条再由刀头刀片切割成标准长度的烟支，因此要生产出图案钢印位置正确的正品烟支刀头刀片切割烟条的位置至关重要，在这里定位轴编码器18用于真实准确的反映出当前刀头刀片所在的位置，并把信号经DSP数字信号处理器15中的输入接口电路16传递给DSP中央处理器20；检测烟标传感器17通过输入接口电路16将所捕捉到的钢印信号传递给DSP中央处理器20，同时触发硬件中断，读出定位轴编码器18位置数值，进而可以判断当前图案与刀头的相对位置是否处于理想正确位置，若相对位置不正确，即与理想状态下存在偏差则DSP数字信号处理器15经过输出接口电路19输出信号给多轴伺服控制器2，多轴伺服控制器2通过MI/II现场总线将信号传递给布带伺服独立驱动系统中的布带伺服控制器4，布带伺服控制器4会根据所得到信号驱动布带伺服电机41进行相对与刀头伺服电机31的超前或滞后运动，从而实现对当前盘纸钢印图案位置与刀头的相对位置的调整，满足生产的需要，保证正品烟支；反之，若相对位置处于正确情况下，则DSP数字信号处理器15不做任何输出动作。

下面结合控制电路加以具体说明，本发明新型卷烟机组自主开发电路对盘纸上已印刷好的图案钢印进行采样定位，所述检测烟标传感器17对盘纸图案钢印进行检测，当图案钢印通过该检测传感器时将产生正向电平信号，该信号接至输入接口电路16中的第4光电耦合器U4的1端同时在4端输出的正向脉冲信号被送入DSP中央处理器20的输入引脚上，所述定位轴编码器18将采集得到的刀头位置信号以A相脉冲、B相脉冲、C相脉冲形式分别输入接口电路16中的第1、第2和第3光电耦合器U1、U2和U3的1端，第1、第2和第3光电耦合器U1、U2和U3的4端输出信号到DSP中央处理器20的输入引脚上；所述定位轴编码器18电源接外部直流5伏，地接直流0伏；第1、第2、第3、第4光电耦合器U1、U2、U3、U4的3端都接直流电源3.3伏，2端则接直流0伏；通过第4光电耦合器U4输入到DSP中央处理器20的盘纸钢印检测信号将触发DSP中央处理器20硬件中断，同时DSP中央处理器20将调用中断程序，中断程序将读取通过第1、第2、第3光电耦合器U1、U2、U3输入的定位轴编码器18的刀头位置信号，并通过内部程序判断当前刀头位置，与理论中的设定值进行比较，所述理论设定值为刀头刀片切割烟条位置为正确位置，即保证定点、定长、定位，从而生产出满足工艺要求的香烟；若刀头实际位置信号与理论位置发生偏差，即正向偏差或反向偏差，DSP中央处理器20会输出正向补偿信号或反向补偿信号，这两个信号分别接到第5、第6光电耦合器U5、U6的1端，再由第5、第6光电耦合器U5、U6的4端输出信号给多轴伺服控制器2的输入端，其将通过MI/II总线向布带伺服独立驱动系统中的布带伺服控制器4发出相位正向补偿或反向补偿信号，并由布带伺服电机41实现图案钢印位置的实时动态调整；若刀头实际位置信号与理论位置未发生偏差或在偏差范围之内，则DSP中央处理器20不会做任何输出。上述第5、第6光电耦合器U5、U6的2端和3端分别接直流0伏和24伏。

下面结合DSP中央处理器20内部存储的检测程序加以具体说明(如图7所示)，本发明具有盘纸钢印实时动态调整功能，具体通过DSP中央处理器20来完成，在机组上电之后，DSP中央处理器20将自动调用内部检测程序；检测程序具体流程：首先初始化，将钢印图案自动识别与调整系统中的所有内部参数与变量的赋值，其中包括对理论编码器位置的赋值，在该理论编码器位置下时，本发明可以进行定长、定位的卷烟生产；在初始化结束后，程序继续向下运行，同时再未出现重新上电或复位的情况下，初始化将不再被调用，接下来DSP中央处理器20将继续判断在DSP中央处理器20中是否存在检测烟标传感器17的信号，若否，则再次执行判断检测烟标传感器17信号是否有输入，直到有检测烟标传感器17信号输入则触发DSP中央处理器20硬件中断，读取定位轴编码器18当前值，并保存在DSP中央处理器20的变量存储区中，同时与已赋值的理论编码器位置值进行比较，若实际编码器位置值与理论值相等，则跳转至是否有检测烟标传感器17信号输入的逻辑判断步骤；若所读取的定位轴编码器18当前实际值大于理论值时，则输出正向补偿脉冲至第5光电耦合器U5的正相端，用于触发多轴伺服控制器2，否则输出反向补偿脉冲至第6光电耦合器U6的正相端，脉冲输出动作结束后，跳转回到是否有检测烟标传感器17信号输入的逻辑判断步骤。

总之，在本机组中采用已印刷图案的盘纸进行生产，必须采用定点定位的切割才能保证生产出外观合格的香烟，即保证刀头刀片切割烟条处为相对正确位置，且因盘纸在各种生产状况下随机因素很多，即每次机组运行时刀头刀片与被传动机构布带轮所传输的盘纸必须保证两者之间的相对同步，即具有因随机状况下造成两者相对位置的偏差而做出实时动态调整的功能，然而原有机组所采用的传统传动模式，两者之间的运动是以固定传动比同步运行的，不可出现两者之间相互间的相对运动，也就是说，不可能实现盘纸图案位置实时动态调整。本实施例所述钢印图案自动识别与调整系统是在采用交流伺服独立驱动技术基础上，刀头刀片与布带轮传动系统均由独立的伺服电机驱动，两个伺服电机由相应的伺服控制器驱动与控制，通过定位轴编码(来自定位轴编码器)信号和烟标检测(来自检测烟标传感器)信号和检测程序，伺服控制系统驱动两者运动的同时还可实现相互间的相对运动，实现相对位置发生变化，实现盘纸钢印图案实时动态在线自动调整功能。采用本发明可以在平均5500支/分钟的速度连续稳定运行。

本发明的可编程逻辑控制器1采用何种型号，可根据实际需要而定，本实施例采用SIEMENS S7-300；所述触摸式工控机2采用市购产品；所述多轴伺服控制器采用日本安川公司生产的MP2300和261IF；所述伺服控制器，全部采用由日本安川公司生产的控制伺服器型号，具体型号分别刀头伺服控制器3，布带伺服控制器4，接装伺服控制器11采用SGDH-50DE+NS115，劈刀升降伺服控制器5、风室伺服控制器6，后身伺服控制器7采用SGDH-10DE+NS115，拨烟轮伺服控制器9、盘纸驱动伺服控制器10采用SGDH-04AE+NS115，亦可根据实际需要而定采用其他产品，伺服电机采用日本安川的SGMGH和SGMAH系列交流三相电机，标示为M3～；所述DSP中央处理器采用TI公司的数字处理器TMS320F2812。

Claims (11)

1.一种卷烟生产方法，其特征在于：将卷烟生产过程分为对盘纸进行印刷和卷烟生产两步，分步进行；首先对盘纸进行所需图案的印刷或钢印，然后在卷烟生产中加设对已印刷好图案的盘纸进行定长定位、及钢印实时动态调整步骤；在同步运动控制中通过相位控制方式采用电子齿轮系统传动。

2.按权利要求1所述卷烟生产方法，其特征在于：所述电子齿轮系统传动是采用交流伺服同步跟踪技术基础上，通过数频信号差分比例模拟出原机中主传动与负载端传动关系。

3.按权利要求1所述卷烟生产方法，其特征在于：所述实时动态调整步骤是在采用交流伺服独立驱动技术基础上，刀头刀片与布袋轮传动系统均使用独立的伺服电机驱动方式，两个伺服电机由相应的各自的伺服控制器驱动与控制，通过定位轴编码信号、烟标检测信号和检测程序，在驱动两者运动的同时实现相互间的相对运动，盘纸图案钢印实时动态在线自动调整。

4.一种权利要求1所述卷烟生产方法所用的智能卷烟机组，其特征在于：包括以工控机、可编程逻辑控制器为控制核心的数据采集、集中控制与管理系统、以多轴伺服控制器为控制核心的交流伺服控制与跟踪系统、交流伺服独立驱动系统、以DSP数字信号处理器为核心的钢印图案自动识别与调整系统，其中：数据采集、集中控制与管理系统的输入信号为检测信号，并通过总线方式与交流伺服控制与跟踪系统中的多轴伺服控制器通信，交流伺服控制与跟踪系统中的多轴伺服控制器采用总线通信方式与交流伺服独立驱动系统中的伺服控制器电连接，来实现对交流伺服独立驱动系统中伺服电机的驱动及运动控制；所述钢印图案自动识别与调整系统输入接收定位轴编码器和检测烟标传感器信号，并输出信号至交流伺服独立驱动系统中布带伺服独立驱动系统，完成对钢印相对位置的调整。

5.按权利要求4所述智能卷烟机组，其特征在于：所述数据采集与集中控制与管理系统由可编程逻辑控制器(1)、工控机(12)、各种传感器(13)、各种执行机构(14)构成，所述各种传感器分别被安装在卷接机组的各自检测位置上，其输出检测信号连接到可编程逻辑控制器(1)的输入点，所述各种执行机构(14)分别被安装在卷接机组的各自工作位置上，与可编程逻辑控制器(1)的输出信号相连接，同时将可编程逻辑控制器(1)与工控机(2)连接在一起。

6.按权利要求4所述智能卷烟机组，其特征在于：所述交流伺服控制与跟踪系统以多轴伺服控制器(2)为核心，多轴伺服控制器受控于可编程逻辑控制器(1)，还包含有与之电连接的所述交流伺服独立驱动系统中各伺服控制器，其中可编程逻辑控制器(1)与多轴伺服控制器(2)之间采用通信电缆线PROFIBUS总线方式进行信息通信的交换；而多轴伺服控制器(2)与所述交流伺服独立驱动系统中各伺服控制器之间采用MI/II总线通信方式进行数据交换。

7.按权利要求4所述智能卷烟机组，其特征在于：所述交流伺服独立驱动系统由独立的交流伺服控制器和交流伺服电机构成，为单一的伺服控制器与相应的伺服电机及其反馈编码器连接结构，伺服控制器接收交流伺服控制与跟踪系统中多轴伺服控制器(2)的驱动信号。

8.按权利要求4所述智能卷烟机组，其特征在于：所述钢印图案自动识别与调整系统以DSP数字信号处理器(15)为分析控制核心，具体包含有输入接口电路(16)，输出接口电路(19)，DSP中央处理器(20)，还包括盘纸钢印图案检测传感器(17)，定位轴编码器(18)，多轴伺服控制器(2)，布带伺服控制器(4)，布带伺服驱动电机(41)，布带伺服电机反馈编码器(R4)；所述定位轴编码器(18)接收当前刀头刀片所在的位置信号，输出经DSP数字信号处理器(15)中的输入接口电路(16)传递给DSP中央处理器(20)；检测烟标传感器(17)接收来自盘纸的图案或钢印信号，输出通过输入接口电路(16)将所捕捉到的钢印信号传递给DSP中央处理器(20)，DSP中央处理器(20)经过输出接口电路(19)输出信号至多轴伺服控制器(2)，多轴伺服控制器(2)通过MI/II现场总线将信号传递给布带伺服控制器(4)并驱动布带伺服电机(41)；所述DSP中央处理器内部存储的检测程序。

9.按权利要求8所述智能卷烟机组，其特征在于：所述伺服控制器采用由日本安川公司生产的控制伺服器；包括：刀头伺服控制器(3)，布带轮伺服控制器(4)，劈刀伺服控制器(5)，风室伺服控制器(6)，后身伺服控制器(7)，拨烟轮伺服控制器(8)，劈刀升降伺服控制器(9)，盘纸驱动伺服控制器(10)，接装机主传动伺服控制器(11)。

10.按权利要求4所述智能卷烟机组，其特征在于：所述检测程序具体流程：首先启动初始化，将所述钢印图案自动识别与调整系统中的所有内部参数与变量的赋值，然后将判断在DSP中央处理器中是否存在检测烟标传感器的信号，直到有检测烟标传感器信号输入则触发DSP中央处理器硬件中断，读取定位轴编码器当前值，保存在DSP中央处理器的变量存储区中，并与已赋值的理论编码器位置值进行比较；若实际编码器位置值与理论值相等，则跳转至是否有检测烟标传感器信号输入的逻辑判断步骤，若所读取的定位轴编码器当前实际值与理论值大于理论值时，则输出正向补偿脉冲至第5光电耦合器的正相端，否则输出反向补偿脉冲至第6光电耦合器的正相端，脉冲输出动作结束后，跳转回到是否有检测烟标传感器(17)信号输入的逻辑判断步骤。

11.按权利要求4所述智能卷烟机组，其特征在于：所述工控机(12)采用触摸式工控机；所述可编程逻辑控制器(1)以Profibus协议进行通讯、交换数据。

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