CN103713618B - 一种卷接机组提质降耗专家控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于卷接机组上提质降耗的专家控制系统。本系统包括供料稳定性控制子系统、重量控制与紧头跟踪子系统、烟丝消耗动态计量子系统和烟支质量检测子系统。供料稳定性控制子系统和重量控制与紧头跟踪子系统进行结合，改善了标准偏差和平均重量等质量指标，并将供丝的稳定性、回丝量的大小与重量控制的重量指标在系统内部建立联系，使之成为一个整体来实现对供料稳定性的控制。烟丝消耗动态计量子系统采集当前质量指标数据，再根据参数设置条件结合企业管理要求来控制烟丝消耗。烟支质量检测子系统，将漏气检测的单端检测改进为双端检测。本发明在提高烟支重量，保障烟支重量的稳定性的同时，达到降低了烟丝的消耗的目的。

Description

一种卷接机组提质降耗专家控制系统

技术领域

本发明涉及一种提质降耗的专家控制系统，具体涉及一种用于卷接机组上提高烟支的质量、保障烟支质量的稳定性，同时降低烟丝消耗的控制系统。

背景技术

随着烟草行业的发展，竞争越来越激烈，对烟支质量的要求也越来越高；提高烟支的质量、保障烟支质量的稳定性，同时降低烟丝消耗，是烟草企业的核心问题。

ZJ17等卷烟机组是HAUNI公司上世纪九十年代的产品，国产化以后成为国内烟草企业的主力设备，其机电系统都比较稳定，深受企业欢迎。但是其对烟支的品质的控制功能和性能都存在明显的不足，其重量控制和质量检测系统都存在功能简单单一、性能较低等问题，已经不能满足企业对提质降耗的要求，亟需进行升级改造。

在烟丝的供给量控制中，通过控制针鼓速度对回丝量进行调节。有的企业将针鼓改为独立驱动，相对提高了运转速度的稳定性，但是没有将针鼓速度作为控制量来处理。实际上在对回丝量的调节之前，必须要有比较准确的回丝量大小的检测，而且供料的稳定性也会影响烟丝的填充质量。风室负压、回丝量的大小都可以直接影响烟丝供给和烟丝结构，风室负压对重量的稳定性和标准偏差都有较大的影响，现有的系统对回丝量大小的检测要么没有要么不准确，而风室负压的检测与控制功能，现有的系统只有显示表，没有检测和控制，这就需要一个更为精细检测与控制系统对回丝量和风室负压进行专门的控制。

传统的重量控制功能不能对每支烟进行检测，检测控制精度与剔除准确性不高，劈刀通过带轮传动，存在滞后性和传动误差，且只对重量进行单独的控制。当劈刀被改为独立驱动，操作工在对劈刀进行清理时，会出现劈刀与刀头位置发生偏移的情况，而大多只有要求操作工避免移动刀头或劈刀的操作，或在重量使能以后，由紧头跟踪功能使其回到正确的位置，但这将产生大量的不合格烟，造成浪费和消耗。

烟丝消耗的实时统计，是烟丝消耗管理的重要参数。目前还不能对单台卷烟机的烟丝消耗进行准确计量，这对供料的稳定和烟支的重量控制都有极大的影响。

发明内容

为了达到提质降耗的目的，发明了一种用于卷接机组上提质降耗的专家控制系统。本系统主要包括供料稳定性控制子系统、重量控制与紧头跟踪子系统、烟丝消耗动态计量子系统、烟支质量在线检测子系统；

供料稳定性控制子系统，采用伺服驱动后身供丝，提高供丝的稳定性，利用激光传感器实现回丝量的精确测量，根据标准偏差等指标情况调整回丝量的大小，对风室负压进行改进，实现检测报警、稳压和调压的能力，并进行单支烟烟丝填充特性量化分析与单支烟重量分布特性量化分析，判定当前供丝整体情况的好坏；

重量控制与紧头跟踪子系统，增加了紧头跟踪模块，在重量控制算法中，将风室负压和回丝量引入进行综合考虑，减小标准偏差，改善烟支重量的稳定性；

烟丝消耗动态计量子系统，实时监控当前生产烟支的烟丝消耗，并通过标准的OPC（用于过程控制的OLE）接口，向企业MES（制造执行管理系统）上传即时和统计数据，主要包括班组统计和动态计量功能；

烟支质量检测子系统，采用光电式空头传感器，根据M5/M8的检测原理，将漏气检测的单端检测改进为双端检测，增加了通风度、吸阻、反向漏气检测功能。

供料稳定性控制子系统包括，烟丝供给量检测与控制模块，风室负压的检测与控制模块，机械供料稳定性判断与提示模块。

烟丝供给量检测与控制模块，使用激光传感器检测回丝量的大小，并结合识别的烟丝填充的特性指标，控制针鼓速度，对回丝量进行调节；

风室负压的检测与控制模块，实时检测左、右风室的负压大小和稳定性，如果风室负压不稳，则进行警报提示；

机械供料稳定性判断与提示模块，进行单支烟烟丝填充特性量化分析与单支烟重量分布特性量化分析，据此可以判定当前供丝整体情况的好坏，如果通过系统内部推理机制和控制手段还不能使供丝情况变好，则进行报警提示，需要进行维修检查。

重量控制与紧头跟踪子系统，包括平均重量控制模块，吸丝带压轮调节模块，紧头跟踪模块，单支烟重量与密度分析模块，刀头与劈头的初始位置校正模块，缺陷烟剔除模块，完善的辅助调试与维护模块，信息管理功能模块；

平均质量控制模块，系统根据设定的控制粒度，按优化参数控制平均重量；

吸丝带压轮调节模块，将重量调节方式改为吸丝带压轮调节，压轮由高分辨的步进电机驱动，改进质量调节的执行精度和响应特性；

紧头跟踪模块，采用交流伺服单元跟踪和调整紧头位置；

单支烟重量与密度分析模块，实时分析每一支烟的密度数据，判断超轻，超重，竹节，空松等缺陷；

刀头与劈头的初始位置校正模块，采用动态调整方式，在机组点动时，即可完成刀头和劈头的位置校正；

缺陷烟剔除模块，根据设定的剔除条件，以位置模式对缺陷烟进行剔除，位置模式以接装机编码器位置为基准，使剔除与机器速度无关，保证了剔除的准确性，且剔除动作在人机界面设置；

完善的辅助调试与维护模块，在系统中专门设计了硬件信号调试和辅助维护页面，可以测量验证密度信号，测量刀盘与编码器的位置关系，显示系统输入的数字信号等，也可以手动输出劈刀上下、前后移动和剔除动作，验证系统输出通道的正确性；

信息管理功能模块，系统采用数据库实现了烟支品牌参数的管理、系统状态信息和历史数据的管理功能，保存了一年内的统计和状态信息，可以在人机界面查询，系统状态与统计信息也可以通过OPC向ERP（企业资源计划）或MES系统实时发送。

进一步的，重量控制与紧头跟踪子系统，可以将机组标准偏差减小3～5mg。

进一步的，紧头跟踪的精度≤0.5mm。

烟支质量检测子系统，包括烟支吸阻检测，烟支漏气性检测，烟支通风度检测，烟支反向漏气检测，烟支空头检测，烟支外观检测，烟支缺滤嘴检测。

本发明为解决其技术问题还提供的技术方案是：一种提质降耗专家控制系统的处理方法，包括如下步骤：

第一步：控制系统结合回丝量的大小和烟丝填充的特征指标来控制针鼓的速度，通过控制针鼓速度来调节回丝量的大小，形成一个调节回丝量大小的闭环控制；系统对左、右风室的负压大小和稳定性都进行实时检测，并进行稳压和调压，如果风室负压不稳，则进行报警以及调节；通过对单支烟烟丝填充和重量分布特性量化的分析来判断当前供丝整体情况的好坏，如果经调节，供丝情况依然不稳定，则进行报警和检修；

第二步：将上述中的风室负压和回丝量同时引入重量控制算法中，根据设定的控制粒度，按优化参数控制平均重量；将重量调节方式改为吸丝带压轮调节，由高分辨的步进电机驱动；交流伺服单元跟踪和调节紧头位置；实时系统分析每一支烟的密度数据，判断超轻、超重、竹点、空松等缺陷；紧头跟踪功能解决刀头和劈刀的初始位置的校正问题；通过以接装机编码器位置为基准的位置模式对缺陷烟进行剔除；系统硬件信号调试和辅助维护页面，测量验证密度信号以及刀盘与编码器的位置关系，并显示系统输入的数字信号；采用数据库保存一年内的统计和状态信息，系统状态与统计信息通过OPC向ERP或MES系统实时发送；

第三步：实时监控当前生产烟支的烟丝消耗，班组统计功能和动态计量功能准确统计每台车的产量和消耗的烟丝，管理控制节约功能通过改善烟支重量分布来提高一次合格率，通过动态计量监控来避免烟支重量较重，减少较重区间的烟支数；所有的系统状态与统计信息都通过标准的OPC接口，向ERP或MES系统上传即时状态和统计数据；

第四步：根据用户的需要，使用烟支质量检测子系统对烟支进行检测，该子系统利用光电式空头传感器，根据M5/M8的检测原理，将漏气检测的单端检测改进为双端检测，增加了通风度、吸阻、反向漏气检测功能。

进一步的，将供丝的稳定性、回丝量的大小与重量控制的质量指标在系统内部建立联系，使之成为一个整体。

进一步的，第一步中，采用伺服驱动供丝，提高稳定性；利用激光传感器实现了回丝量的精确检测，并根据标准偏差等指标情况调整回丝量的大小。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

在供料系统中，综合考虑了风室负压和回丝量的大小对重量的稳定性和标准偏差的影响，准确计量了单台烟机的烟丝消耗，并采用数理方法对供料系统进行了检测控制；在控制针鼓速度中，将独立驱动的针鼓速度引入控制参量中，既提高运转速度的稳定性，又作为烟丝供给量控制的执行环节；在重量控制中，除了传统的重量控制功能外，增加了紧头跟踪功能，在算法中，将风室负压和回丝量引入进行综合考量，明显减小了标准偏差，改善烟支重量的稳定性。

附图说明

图1提质降耗控制系统功能示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

一种用于卷接机组上提质降耗的专家控制系统。本系统主要包括供料稳定性控制子系统、重量控制与紧头跟踪子系统、烟丝消耗动态计量子系统、烟支质量在线检测子系统。

在供料稳定性控制子系统中，将供丝的稳定性、回丝量的大小与重量控制的质量指标在系统内部建立了联系，使之成为一个整体。利用激光传感器实现回丝量的精确检测，并根据标准偏差等指标情况调整回丝量的大小，克服了回丝量检测不准确的缺点；根据烟厂负压实现方式，对风室负压进行改进，实现监测报警，稳压和调压的能力；对单支烟烟丝填充特性与单支烟重量分布特性进行量化分析，据此来判断当前供丝整体情况的好坏。

在重量控制与紧头跟踪子系统中，对每支烟进行检测，提高了检测控制精度与剔除的准确性；在传统的重量控制功能上增加了紧头跟踪功能，劈刀伺服驱动改进紧头跟踪的性能；在重量控制算法中，创造性地将风室负压和回丝量引进综合考量，可以明显减小标准偏差，将机组标准偏差减小3～5mg。

烟丝消耗计量与管理控制子系统，实时监控当前生产烟支的烟丝消耗，对单台卷烟机的烟丝消耗进行准确计量，包括班组统计功能、动态计量功能和烟丝消耗的管理控制节约功能。

烟支质量检测子系统对烟支进行检测，该子系统利用光电式空头传感器，根据M5/M8的检测原理，将漏气检测的单端检测改进为双端检测，增加了通风度、吸阻、反向漏气检测功能。

本发明的专家系统采用基于RTX的实施控制系统，可以实现本系统的主体功能，实时控制系统指控制任务能按计划确定的执行，不受计算机运行负载及外部事件影响的控制系统。系统硬件平台为“西门子工控机”+“美国国家仪器公司（IN）数据采集卡”，软件平台为“WindowsXP”+“美国Ardence公司实时扩展子系统（RTX）”。

RTX是美国Ardence公司开发的基于Windows操作系统的实时解决方案，是目前Windows平台的唯一纯软件的“硬”实时扩展子系统，最适合应用在既要求图形等Windows高级任务，又需要实时任务的场合，有通用计算机强大的计算能力，又有实时处理能力，可直接硬件触发，按机器运行相位采样，提高紧头曲线的精度和减少紧头位置更新时间，并且可实现按位置剔除，不受机器速度变化影响，剔除的准确性高。

该专家系统的处理方法如图1所示；

第一步：陡角提升带伺服驱动针鼓，通过激光传感器检测的回丝量大小结合识别的烟丝填充的特性指标来控制针鼓速度，针鼓速度的控制反过来又作为烟丝供给量控制的执行环节；对左、右风室负压的大小和稳定性进行实时检测，如果风室负压不稳，则进行报警以及调节；通过对单支烟烟丝填充特性和重量分布特性进行量化分析来判断当前供丝整体情况的好坏，如果经调节，供丝情况依然不稳定，则进行报警和检修。

第二步：将上述中的风室负压和回丝量同时引入重量控制算法中，根据设定的控制粒度，按优化参数控制平均重量；将重量调节方式改为吸丝带压轮调节，由高分辨的步进电机驱动；交流伺服单元跟踪和调节紧头位置；实时系统分析每一支烟的密度数据，判断超轻、超重、竹点、空松等缺陷；紧头跟踪功能解决刀头和劈刀的初始位置的校正问题；通过以接装机编码器位置为基准的位置模式对缺陷烟进行剔除；系统硬件信号调试和辅助维护页面，测量验证密度信号，测量刀盘与编码器的位置关系，并显示系统输入的数字信号；采用数据库保存一年内的统计和状态信息，系统状态与统计信息通过OPC向ERP或MES系统实时发送。

第三步：班组统计功能统计好烟产量、烟丝消耗量、好烟烟丝消耗量、每一种坏烟支数及其烟丝量以及间接测量打条器前烟丝洒落量；动态计量功能计量本班各万支和各大箱烟丝消耗及其节约量；管理控制节约功能通过改善烟支重量分布来提高一次合格率，通过动态计量监控来避免烟支重量较重，减少较重区间的烟支数。所有的系统状态与统计信息都通过OPC向ERP或MES系统实时发送。

第四步：根据用户的需要，使用烟支质量检测子系统对烟支进行检测，利用光电式空头传感器，根据M5/M8的检测原理，将漏气检测的单端检测改进为双端检测，增加了通风度、吸阻、反向漏气检测功能，使得成品烟的质量得到保障。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种用于卷接机组上提质降耗的专家控制系统，其特征如下：该系统包括供料稳定性控制子系统、重量控制与紧头跟踪子系统、烟丝消耗动态计量子系统和烟支质量检测子系统；

供料稳定性控制子系统，采用伺服驱动后身供丝，提高供丝的稳定性，利用激光传感器实现回丝量的精确测量，根据标准偏差指标情况调整回丝量的大小，对风室负压进行改进，实现检测报警、稳压和调压的能力，并进行单支烟烟丝填充特性量化分析与单支烟重量分布特性量化分析，判定当前供丝整体情况的好坏；

重量控制与紧头跟踪子系统，增加了紧头跟踪模块，在重量控制算法中，将风室负压和回丝量引入进行综合考虑，减小标准偏差，改善烟支重量的稳定性；

烟丝消耗动态计量子系统，实时监控当前生产烟支的烟丝消耗，并通过标准的OPC接口，向企业MES上传即时和统计数据，主要包括班组统计、动态计量和管理控制节约功能；

烟支质量检测子系统，用光电式空头传感器，将漏气检测的单端检测改进为双端检测，增加了通风度、吸阻、反向漏气检测功能。

2.根据权利要求1所述的一种用于卷接机组上提质降耗的专家控制系统，其特征在于：供料稳定性控制子系统包括，烟丝供给量检测与控制模块，风室负压的检测与控制模块，机械供料稳定性判断与提示模块。

3.根据权利要求2所述的一种用于卷接机组上提质降耗的专家控制系统，其特征在于：烟丝供给量检测与控制模块，使用激光传感器检测回丝量的大小，并结合识别的烟丝填充的特性指标，控制针鼓速度，对回丝量进行调节；

风室负压的检测与控制模块，实时检测左、右风室的负压大小和稳定性，如果风室负压不稳，则进行警报提示；

机械供料稳定性判断与提示模块，进行单支烟烟丝填充特性量化分析与单支烟重量分布特性量化分析，据此判定当前供丝整体情况的好坏，如果通过内部推理机制和控制手段还不能使供丝情况变好，则进行报警提示，需要进行维修检查。

4.根据权利要求1所述的一种用于卷接机组上提质降耗的专家控制系统，其特征在于：重量控制与紧头跟踪子系统，包括平均重量控制模块，吸丝带压轮调节模块，紧头跟踪模块，单支烟重量与密度分析模块，刀头与劈头的初始位置校正模块，缺陷烟剔除模块，完善的辅助调试与维护模块，信息管理功能模块；

平均质量控制模块，系统根据设定的控制粒度，按优化参数控制平均重量；

吸丝带压轮调节模块，将重量调节方式改为吸丝带压轮调节，压轮由高分辨的步进电机驱动，改进质量调节的执行精度和响应特性；

紧头跟踪模块，采用交流伺服单元跟踪和调整紧头位置；

单支烟重量与密度分析模块，实时分析每一支烟的密度数据，判断超轻，超重，竹节，空松等缺陷；

刀头与劈头的初始位置校正模块，采用动态调整方式，在机组点动时，即可完成刀头和劈头的位置校正；

缺陷烟剔除模块，根据设定的剔除条件，以位置模式对缺陷烟进行剔除，位置模式以接装机编码器位置为基准，使剔除与机器速度无关，保证了剔除的准确性，且剔除动作在人机界面设置；

完善的辅助调试与维护模块，在系统中专门设计了硬件信号调试和辅助维护页面，可以测量验证密度信号，测量刀盘与编码器的位置关系，显示系统输入的数字信号，也可以手动输出劈刀上下、前后移动和剔除动作，验证系统输出通道的正确性；

信息管理功能模块，系统采用数据库实现了烟支品牌参数的管理、系统状态信息和历史数据的管理功能，保存了一年内的统计和状态信息，可以在人机界面查询，系统状态与统计信息也可以通过OPC向ERP或MES系统实时发送。

5.根据权利要求4所述的一种用于卷接机组上提质降耗的专家控制系统，其特征在于：重量控制与紧头跟踪子系统，可以将机组标准偏差减小3～5mg。

6.根据权利要求4所述的一种用于卷接机组上提质降耗的专家控制系统，其特征在于：紧头跟踪的精度≤0.5mm。

7.一种用于卷接机组上提质降耗的专家控制系统的处理方法，其特征如下：

第一步：控制系统结合回丝量的大小和烟丝填充的特征指标来控制针鼓的速度，通过控制针鼓速度来调节回丝量的大小，形成一个调节回丝量大小的闭环控制；系统对左、右风室的负压大小和稳定性都进行实时检测，并进行稳压和调压，如果风室负压不稳，则进行报警以及调节；通过对单支烟烟丝填充和重量分布特性量化的分析来判断当前供丝整体情况的好坏，如果经调节，供丝情况依然不稳定，则进行报警和检修；

第二步：将上述中的风室负压和回丝量同时引入重量控制算法中，根据设定的控制粒度，按优化参数控制平均重量；将重量调节方式改为吸丝带压轮调节，由高分辨的步进电机驱动；交流伺服单元跟踪和调节紧头位置；实时系统分析每一支烟的密度数据，判断超轻、超重、竹点、空松等缺陷；紧头跟踪功能解决刀头和劈刀的初始位置的校正问题；通过以接装机编码器位置为基准的位置模式对缺陷烟进行剔除；系统硬件信号调试和辅助维护页面，测量验证密度信号以及刀盘与编码器的位置关系，并显示系统输入的数字信号；采用数据库保存一年内的统计和状态信息，系统状态与统计信息通过OPC向ERP或MES系统实时发送；

第三步：实时监控当前生产烟支的烟丝消耗，班组统计功能和动态计量功能准确统计每台车的产量和消耗的烟丝，管理控制节约功能通过改善烟支重量分布来提高一次合格率，通过动态计量监控来避免烟支重量较重，减少较重区间的烟支数；所有的系统状态与统计信息都通过标准的OPC接口，向ERP或MES系统上传即时状态和统计数据；

第四步：根据用户的需要，使用烟支质量检测子系统对烟支进行检测，该子系统利用光电式空头传感器，将漏气检测的单端检测改进为双端检测，增加了通风度、吸阻、反向漏气检测功能。

8.根据权利要求7所述的用于卷接机组上提质降耗的专家控制系统的处理方法，其特征在于：将供丝的稳定性、回丝量的大小与重量控制的质量指标在系统内部建立联系，使之成为一个整体。

9.根据权利要求7所述的用于卷接机组上提质降耗的专家控制系统的处理方法，其特征在于：第一步中，采用伺服驱动供丝，提高稳定性；利用激光传感器实现了回丝量的精确检测，并根据标准偏差指标情况调整回丝量的大小。