CN102160688A - 普拓70/90卷烟机新型烟支质量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及烟草机械，公开一种普拓70/90卷烟机使用的新型烟支质量检测装置，以漏气信号采集和主控制器为核心，还包括机器信号输入单元，剔除控制单元，电源处理单元，模拟输出单元，显示单元。所述主控制器接收漏气信号，机器传感器信号，触摸屏的设置信号，通过多路高速模数转换器和多个单片机进行计算处理，控制剔除单元剔除质量有缺陷的烟支，并将实时数据显示到触摸屏上。它能比较全面检测烟支的漏气，空头，外观，缺嘴状态，正确的剔除卷烟生产过程中出现的质量缺陷烟支，大大减少质量缺陷的烟支流入市场，全面提升产品质量，同时能真实的反应出卷烟机的工作状况，方便卷烟机的维护工作。
Description
技术领域
本发明属于烟草机械，具体的说是一种普拓70/90卷接机组中使用的烟支质量检测装置。
背景技术
随着烟草行业的快速发展，各个卷烟制造企业之间的产品竞争也日渐加剧，而竞争的焦点就是吸味和烟支的质量。现在，整个卷烟市场供大于求，很多烟厂生产能力过剩，不能把扩大生产规模作为发展的目标，只有提高自己的产品质量才能作为企业发展的根本出路。而生产高质量的卷烟产品又离不开功能完善的卷烟设备，如何提高卷烟机的检测能力是各个卷烟厂都非常关注的项目。
卷烟生产和生产其他产品一样，由于受原副材料和卷烟设备自身的影响，所生产出来的烟支总有不合格品存在，较多的问题有空头、漏气、缺滤嘴或滤嘴棒变型等有缺陷的烟支。但由于卷烟机生产速度快，产量大，而且不合格产品随时都有可能产生， 如果卷烟机生产出来的不合格烟支不能被有效的检测剔除的话，就极有可能被包装机包装出厂，给烟厂的产品质量造成很大影响。
PROTOS70/90卷烟机本身带有漏气检测功能，其信号处理主要由模拟电路完成，系统采用传统的模拟电路硬件比较方法，简单地把出气气压检测信号的采样特征值与参考值相比较，来达到检测烟支漏气的功能。但这个装置从气路和电气两方面来说都有缺陷。电气方面：由于现场气压检测信号弱、电器干扰大，好坏烟之间差别小，温度变化等都会引起测量误差，单个传感器难以采样到稳定的信号。加之原机的单个漏气传感器放大电路复杂，信号处理电路全部采用数字集成电路组成，几乎无法调整在实际使用中很难做到准确有效。
气路方面：原机的检测气源采用机器的正压直接通过调压阀后经过气管到石墨块。卷接烟机上的正压要很多部分要使用，不能保证稳定，特别是会有气压的抖动，经过调压阀也不能完全消除这种抖动，但这种抖动对原机的这种简单检测方法来说是有非常大的影响，会造成检测值的不稳定。原机的检测气路是通过胶管连接到传感器上的，但胶管对气压变化是有迟滞和衰减的，会造成传感器端的气压变化变小，响应时间后移，加之胶管暴露在外，难免有机械震动，这些因素都会造成检测的灵敏度降低，抗干扰能力下降。最终导致系统的灵敏度不高，实际使用效果不理想。
质量检测控制系统的问题：原机的质量检测系统由多块电路板组成，各电路板之间的功能相互关联，连接复杂，而且没有人机界面，很多重要参数无法观察到，难以对系统参数进行细致的调整，导致 实际使用效果并不理想。如果系统出现了问题，就需要现场维修人员有比较高的电路分析能力，才能解决问题，这就造成了现场维修的十分不便。且电路板数量多，故障率高，使用维护成本高。
发明内容
本发明本发明的目的在于提供一种普拓70/90卷烟机使用的新型烟支质量检测装置，它全面改造了原机的漏气检测装置，能全面的剔除质量有问题的烟支，从而提升了成品烟支质量，减少了不合格烟流入市场。
本发明公开了一种普拓70/90卷烟机使用的新型烟支质量检测装置，以漏气信号采集单元和主控制器为核心，还包括机器信号输入单元，剔除控制单元，电源处理单元，模拟输出单元，显示单元，其特征在于所述漏气信号采集单元由进气储气罐，进气石墨块，进气压力传感器，进气压力信号放大器，出气石墨块，出气压力传感器，出气压力信号放大器构成，进气压力传感器，进气压力信号放大器安装在进气石墨块上，将出气压力传感器，出气压力信号放大器安装在出气石墨块上，进气储气罐置于进气石墨块前端，经过调压阀降压的压缩空气通过进气储气罐后再送到进气石墨块上；
所述机器信号输入单元采集卷烟机的空头传感器、缺嘴传感器和外观传感器的信号，机器同步脉冲信号，手动剔除信号，通过光电隔离或电平转换后，提供给主控制器；
所述剔除控制单元由专用集成电路构成，驱动剔除电磁阀，剔除问题卷烟；能高速的打开和关闭电磁阀，并能对通过电磁阀的电流进行恒流控制和接通时间控制，保护电磁阀不被烧毁；
所述电源处理单元由开关降压集成电路构成，提供控制器各部分工作所需电源，通过3路开关降压电路把24V电压转换为正负15V和5V，其中正负15V电源提供给漏气放大器和其他放大器使用，5V电源提供给数字电路使用；
所述模拟输出单元由光电隔离器和运算放大器构成，接收主控制器的控制信号，通过光电隔离切换电阻控制分压比，分别由运算放大器输出模拟的空头传感器和外观传感器信号，信号的幅值变化和机器上的传感器信号接近；
所述显示单元由触摸屏构成，通过通讯电缆和主控制器连接；触摸屏上显示空头，缺嘴，外观，漏气剔除的数量，总剔除量，剔除百分比，可以观察各个传感器的实时输出波形，剔除原因。各种主控制器需要的参数也可通过触摸屏输入。
所述主控制器由高速AD转换器和单片机构成，接收漏气信号，机器传感器信号，触摸屏的设置信号，通过多路高速模数转换器和多个单片机进行计算处理，控制剔除单元剔除质量有缺陷的烟支，并将实时数据显示到触摸屏上，同时主控制器还控制模拟输出单元，能模拟输出空头传感器，外观传感器的好烟和坏烟信号。
所述漏气信号采集单元的进气压力传感器和出气压力传感器为自带温度补偿的精密压差传感器，进气压力信号放大器和出气压力信号放大器使用精密电压基准和精密仪表放大器，而且放大倍数可以在很大的范围内调整。
所述主控制器由4片高速AD转换器和4个单片机构成；主控制器采用4片高速AD（模数）转换器，能分别对每一只烟支的空头，外观，进气，出气4个项目进行每个项目20点，每点4次的高速采样转换，数据分别送到2个单片机进行处理，一个单片机对进气和出气的信号进行分析计算，再和设置值比较给出烟支是否漏气的信号，另一个单片机处理空头和外观信号，和设置值比较后给出烟支好坏信号；
主控制器使用一个单片机作为通讯单片机来接收处理卷烟机的各种控制信号和好坏烟信号，输出剔除信号驱动剔除单元，输出统计数据到单独的通讯单片机，同时输出控制信号控制模拟输出单元，使模拟输出单元分别输出和机器传感器一样的空头和外观的好烟和坏烟信号，通讯的单片机接收其他三个单片机的数据并通过触摸屏显示出来，同时也将触摸屏的设置参数发送到各个单片机。
所述主控制器采用高速AD转换器和单片机构成。主控制器采用4片高速AD（模数）转换器，配合机器信号输入部分提供的信号，分别对每一只烟支的空头，外观，进气，出气4个项目进行每个项目20点，每点4次的高速采样转换，数据分别送到MCU2和MCU3单片机进行处理，MCU3单片机对进气和出气的信号进行分析计算，再和设置值比较给出烟支是否漏气的信号。MCU2单片机处理空头和外观信号，和设置值比较后给出烟支好坏信号。MCU1单片机来接收处理卷烟机的各种控制信号和好坏烟信号，输出剔除信号驱动剔除单元，输出控制信号控制模拟输出单元，输出统计数据到MCU4通讯单片机。MCU4单片机通过RS485通讯口连接触摸屏，接收其他三个单片机的数据并通过触摸屏显示出来，也将触摸屏的设置参数发送到各个单片机。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：
1．本发明采用新设计的漏气检测装置对烟支进行检测，克服了原机漏气检测不稳定，灵敏度低，进气不稳定，抗干扰能力差等缺点，使漏气检测的准确度大大地提高。
2．采用单片机制作的控制器和触摸屏的人机界面操作控制方式，大大增加了烟支质量检测系统的信息量，方便对系统的使用和维护，降低了日常维护的工作量。
3．本发明线路板的设计合理性和可靠性都优于原有系统，并且外形小巧美观，调整方便。
4．本发明在卷烟机中应用，提高了剔除准确度，极大地减少了漏气烟支流入市场，对成品烟的质量有了极大的提高。
附图说明
图1为发明结构框图。
图2为漏气检测部分结构示意图。
图3为漏气检测放大器电路图。
图4主控制器结构框图。
图5为主控制器漏气AD转换电路图。
图6为主控制器空头外观AD转换电路图。
图7为主控制器控制信号和通讯部分电路图。
图8为机器信号采集单元电路图。
图9为剔除单元电路图。
图10 为电源单元电路图。
图11 为模拟输出单元电路图。
图中1是储气罐，2-1是进气石墨块，2-2是进气传感器，2-3是进气压力信号放大器，2-4是进气口，3-1是出气石墨块，3-2是出气传感器，3-3是出气压力信号放大器，4是检测鼓。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步详细说明：
如图1-11所示，普拓70/90卷烟机使用的新型烟支质量检测装置以漏气信号采集和主控制器为核心，还包括机器信号输入单元，剔除控制单元，电源处理单元，模拟输出单元和显示单元。
漏气信号采集单元由进气储气罐1，进气石墨块2-1，进气压力传感器2-2，进气压力信号放大器2-3，出气石墨块3-1，出气压力传感器3-2，出气压力信号放大器3-3构成，漏气信号采集部分将经过调压阀降压的压缩空气通过进气储气罐1后再送到进气石墨块2-1上，将进气压力传感器2-2，进气压力信号放大器2-3安装在进气石墨块2-1上，将出气压力传感器3-2，出气压力信号放大器3-3安装在出气石墨块上3-1，压力传感器选用自带温度补偿的精密压差传感器，进气压力信号放大器2-3和出气压力信号放大器3-3使用精密电压基准和精密仪表放大器，有足够的响应速度和线性度，放大倍数可以通过图3中的W1P调整，适应各种不同气压状态。输出信号通过电缆连接到主控制器的漏气AD转换输入端。所有元件选用贴片封装形式，体积较小，能安装在石墨块上。
如图4所示，主控制器采用高速AD转换器和单片机构成。主控制器采用4片高速AD（模数）转换器，配合机器信号输入部分提供的信号，分别对每一只烟支的空头，外观，进气，出气4个项目进行每个项目20点，每点4次的高速采样转换，数据分别送到MCU2和MCU3单片机进行处理，MCU3单片机对进气和出气的信号进行分析计算，再和设置值比较给出烟支是否漏气的信号。MCU2单片机处理空头和外观信号，和设置值比较后给出烟支好坏信号。MCU1单片机来接收处理卷烟机的各种控制信号和坏烟信号，输出剔除信号驱动剔除单元，输出控制信号控制模拟输出单元，输出统计数据到MCU4通讯单片机。MCU4单片机通过RS485通讯口连接触摸屏，接收其他三个单片机的数据并通过触摸屏显示出来，也将触摸屏的设置参数发送到各个单片机。各个单片机之间的数据传输采用串行同步传输方式，能实现高速的数据交换。单片机选用美国ATMEL公司的AVR系列单片机作为核心器件，高速AD（模数）转换器选用美国AD公司的高速模数转换芯片。MCU4和触摸屏通讯采用MODBUS 协议，不仅能和触摸屏通讯而且能扩展与PLC （改造后的系统）交换数据。
机器信号输入单元采集卷烟机的空头传感器信号，外观传感器信号，直接送至主控制器的空头外观AD转换输入端。如图8所示，机器同步脉冲信号，手动剔除信号，缺嘴传感器信号则通过光电隔离后，提供给主控制器的MCU1处理。光电隔离器选用高速隔离器，保证信号延时最小。
如图9所示，所述剔除控制单元由专用集成电路构成，可接收主控制器的两路控制信号，控制两路输出高速打开或关闭电磁阀，同时对通过电磁阀的电流进行恒流控制，能连接各种规格和电压等级的电磁阀，电流大小通过W12，W13两个电位器单独调整。安装过流热保护器F5，F6控制电磁阀接通时间，保护电磁阀不被烧毁。两路输出使用一路，另外一路备用。
如图10所示，所述电源处理单元由开关降压集成电路构成。通过3路开关降压电路把24V电压转换为正负15V和5V，其中正负15V电源提供给漏气放大器和其他放大器使用，5V电源提供给数字电路使用。
如图11所示，所述模拟输出单元由光电隔离器和运算放大器构成。接收主控制器的控制信号，通过光电隔离切换电阻控制分压比，分别由运算放大器输出模拟的空头传感器和外观传感器信号，信号的幅值变化和机器上的传感器信号接近。空头模拟信号输出好烟2V电压， 坏烟1V电压。外观模拟信号输出好烟-9V电压， 坏烟-5V电压。
所述显示单元由触摸屏构成，通过通讯电缆和主控制器连接。触摸屏上显示空头，缺嘴，外观，漏气剔除的数量，总剔除量，剔除百分比。可以观察各个传感器的实时输出波形，剔除原因。各种主控制器需要的参数也可通过触摸屏输入。触摸屏选用带MODBUS通讯协议，RS485接口的。
Claims (3)
1.一种普拓70/90卷烟机新型烟支质量检测装置，以漏气信号采集单元和主控制器为核心，还包括机器信号输入单元，剔除控制单元，电源处理单元，模拟输出单元，显示单元，其特征在于所述漏气信号采集单元由进气储气罐，进气石墨块，进气压力传感器，进气压力信号放大器，出气石墨块，出气压力传感器，出气压力信号放大器构成，进气压力传感器，进气压力信号放大器安装在进气石墨块上，将出气压力传感器，出气压力信号放大器安装在出气石墨块上，进气储气罐置于进气石墨块前端，经过调压阀降压的压缩空气通过进气储气罐后再送到进气石墨块上；
所述机器信号输入单元采集卷烟机的空头传感器、缺嘴传感器和外观传感器的信号，机器同步脉冲信号，手动剔除信号，通过光电隔离或电平转换后，提供给主控制器；
所述剔除控制单元由专用集成电路构成，驱动剔除电磁阀，剔除问题卷烟；能高速的打开和关闭电磁阀，并能对通过电磁阀的电流进行恒流控制和接通时间控制，保护电磁阀不被烧毁；
所述电源处理单元由开关降压集成电路构成，提供控制器各部分工作所需电源，通过3路开关降压电路把24V电压转换为正负15V和5V，其中正负15V电源提供给漏气放大器和其他放大器使用，5V电源提供给数字电路使用；
所述模拟输出单元由光电隔离器和运算放大器构成，接收主控制器的控制信号，通过光电隔离切换电阻控制分压比，分别由运算放大器输出模拟的空头传感器和外观传感器信号，信号的幅值变化和机器上的传感器信号接近；
所述显示单元由触摸屏构成，通过通讯电缆和主控制器连接，触摸屏上显示空头，缺嘴，外观，漏气剔除的数量，总剔除量，剔除百分比，可以观察各个传感器的实时输出波形，剔除原因，各种主控制器需要的参数也可通过触摸屏输入；
所述主控制器由高速AD转换器和单片机构成，接收漏气信号，机器传感器信号，触摸屏的设置信号，通过多路高速模数转换器和多个单片机进行计算处理，控制剔除单元剔除质量有缺陷的烟支，并将实时数据显示到触摸屏上，同时主控制器还控制模拟输出单元，能模拟输出空头传感器，外观传感器的好烟和坏烟信号。
2.如权利要求1所述普拓70/90卷烟机新型烟支质量检测装置，其特征在于：所述漏气信号采集单元的进气压力传感器和出气压力传感器为自带温度补偿的精密压差传感器，进气压力信号放大器和出气压力信号放大器使用精密电压基准和精密仪表放大器，而且放大倍数可以在很大的范围内调整。
3.如权利要求1所述普拓70/90卷烟机新型烟支质量检测装置，其特征在于：所述主控制器由4片高速AD转换器和4个单片机构成；主控制器采用4片高速AD（模数）转换器，能分别对每一只烟支的空头，外观，进气，出气4个项目进行每个项目20点，每点4次的高速采样转换，数据分别送到2个单片机进行处理，一个单片机对进气和出气的信号进行分析计算，再和设置值比较给出烟支是否漏气的信号，另一个单片机处理空头和外观信号，和设置值比较后给出烟支好坏信号；
主控制器使用一个单片机作为通讯单片机来接收处理卷烟机的各种控制信号和好坏烟信号，输出剔除信号驱动剔除单元，输出统计数据到单独的通讯单片机，同时输出控制信号控制模拟输出单元，使模拟输出单元分别输出和机器传感器一样的空头和外观的好烟和坏烟信号，通讯的单片机接收其他三个单片机的数据并通过触摸屏显示出来，同时也将触摸屏的设置参数发送到各个单片机。
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