CN106418676B - 喂丝机供料电机的速度控制方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种喂丝机供料电机的速度控制方法、装置和系统，涉及烟草自动化控制领域。其中喂丝机控制器实时检测增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔，其中增量型轴编码器安装在供料电机的转轴中，根据相邻脉冲信号时间间隔计算供料电机的实际速度，根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号，以便使供料电机的实际速度与期望速度相等，其中，期望速度与卷烟机控制器实时提供的烟支生产速度a和烟丝存储时间T相关联。从而可有效提高供料精度，保障供料的稳定性，降低了卷烟机由于烟丝不足而停机的概率。
Description
技术领域
本发明涉及烟草自动化控制领域，特别涉及一种喂丝机供料电机的速度控制方法、装置和系统。
背景技术
下面首先对现有的烟丝供料机构进行介绍。
1、烟丝供料机构(如图1、图2、图3和图5所示)
(1)喂丝机机构
有一套供料系统，总是使得料库1充满烟丝。
其中，供料电机4同时带动输送皮带2和拨丝辊3，将烟丝输送至下降通道5，如果烟丝输送管道8有负压吸风，则下降通道5中的烟丝将被吸至烟丝存储箱15。
烟丝下降通道5的侧壁是用透明的有机玻璃制造的，在下降通道5中装设有烟丝堵塞检测器6，该检测器由发射端和接收端组成，发生端发出光束，接收端正对着发射端并接收光束，当发生端和接收端之间被烟丝遮挡时，检测器6输出24VDC信号，反之无信号输出。
在靠近下降通道5的管道8处，负压检测器7用于检测管道8内是否有负压，当检测到有负压时，负压检测7输出24VDC信号，反之无信号输出。
(2)卷烟机烟丝分配器机构
1)负压箱和烟丝存储箱
烟丝存储箱15用于存储从喂丝机吸过来的烟丝。
料位检测器9是个光电检测器，检测器9和烟丝存储箱15之间的隔板是用透明的有机玻璃制成的，检测器9用于检测烟丝存储箱15中是否充满烟丝，当检测到烟丝满时，检测器9输出24VDC信号，反之无信号输出。
烟丝存储箱15通过烟丝输送管道8连接至喂丝机的烟丝下降通道5。
负压箱10连接至负压吸风管道13的一端，管道13的另一端连接至负压吸风，该负压吸风通过一个风机产生。
负压吸风管道13中装设有截断阀12，截断阀12受控于截断阀电磁阀11，当电磁阀11失电不动作时，截断阀12将负压吸风管道13完全关闭，此时负压箱10内无负压吸风，反之当电磁阀11得电动作时，截断阀12将负压吸风管道13打开，此时负压吸风被接通，负压箱10内有负压吸风。
烟丝存储箱15与负压箱10之间隔有一层滤网14，滤网14使得烟丝存储箱15和负压箱10之间的空气能够连通，且烟丝存储箱15的烟丝不会进入到负压箱10中。
当负压箱10内有负压吸风时，该负压吸风会通过滤网14传导到烟丝存储箱15，再通过管道8传导到喂丝机的烟丝下降通道5中。
2)翻板
翻板电磁阀34(见图5)控制翻板气缸26，翻板气缸28控制翻板16，翻板16在烟丝存储箱15和烟丝预分配箱18之间。
气缸26上装设有翻板打开检测器27和翻板关闭检测器28，这两个检测器是磁性开关，用于检测气缸26内部的一个磁铁的位置，该磁铁会随着气缸26的动作而动作，通过检测器27和检测器28可以检测出气缸26是否动作到位，从而间接检测出翻板16是否到位。
翻板16的动作过程为：
当翻板电磁阀34没有得电时，气缸26的轴向前伸，动作到位时，翻板16被关闭，翻板打开检测器27不被感应且翻板关闭检测器28被感应，此时翻板16将烟丝存储箱15和烟丝预分配箱18隔开。图3中翻板16的状态就是关闭状态。
反之，当翻板电磁阀34得电时，气缸26的轴向后缩，动作到位时，翻板16被完全打开，翻板打开检测器27被感应且翻板关闭检测器28不被感应，此时烟丝存储箱15和烟丝预分配箱18连通，如果烟丝存储箱15内有烟丝，则烟丝将掉落至烟丝预分配箱18中。
3)烟丝预分配箱和烟丝箱
预分配箱料位检测器17、烟丝箱高位检测器22和烟丝箱低位检测器24用于检测烟丝是否存在，这三个该检测器的检测原理为：检测器17、22和24在一侧，反光板19、23、25在另一侧，检测器和反光板之间的隔板是用透明的有机玻璃制造而成的，检测器正对着反光板，检测器发出检测光束，当检测器和反光板之间没有烟丝时，检测器发出的检测光束照射到反光板后会被反射回来并被检测器接收到，则检测器无信号输出，反之当检测器和反光板之间有烟丝时，料位检测器输出24VDC信号。
计量辊20将烟丝预分配箱18的烟丝输送至烟丝箱21，陡角输送带29将烟丝箱21中的烟丝取出进行烟支制造。
2、接收鼓烟支检测器
如图4，卷烟机生产出来的烟支30被吸附在鼓轮上，并随着鼓轮一起运行，在运行过程中进行切割、加入滤嘴、包裹上水松纸、烟支检测、不合格烟支剔除等过程。所有鼓轮中的第一个鼓轮31称为接收鼓。
烟支检测器32用于检测接收鼓31上的烟支30是否存在，当烟支30运行到烟支检测器32下方时，检测器32输出24VDC信号，其余情况下检测器32无信号输出。卷烟机进行烟支生产时，接收鼓31上的烟支30是连续的，此时烟支检测器32输出的信号是脉冲信号，一个脉冲信号对应1根烟，如果烟支检测器32检测到有烟支丢失，则会停止机器并发出报警信号。
3、喂丝机和卷烟机电路
如图5，喂丝机控制器和卷烟机控制器控制着烟丝供料和生产过程：
A、C、O、P、Q是数字量输出端，B是模拟电压量输出端，D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N是数字量输入端。
供料电机4由变频器33控制，变频器33的使能端连接至A，速度端连接至B。
C端和N端连接，该线路传输喂丝机准备好信号。
D端和O端连接，该线路传输卷烟机要料信号。
负压检测器7输出信号连接至E端。
堵塞检测器6输出信号连接至F端。
存储箱料位检测器9输出信号连接至G端。
预分配箱料位检测器17输出信号连接至G端。
翻板打开检测器27输出信号连接至H端。
翻板关闭检测器28输出信号连接至I端。
预分配箱料位检测器17输出信号连接至J端。
烟丝箱高位检测器22输出信号连接至K端。
烟丝箱低位检测器24输出信号连接至L端。
接收鼓烟支检测器32输出信号连接至M端。
P端控制截断阀电磁阀11。
Q端控制翻板电磁阀34。
4、烟丝供料过程
如图1、图2、图3和图5，下述6个过程不断进行，保证卷烟机烟丝的稳定供给。
(1)卷烟机向喂丝机要料
喂丝机准备好后，喂丝机控制器C端发出准备好信号(24VDC)并被卷烟机控制器N端接收到。
翻板打开检测器27不被感应到，且翻板关闭检测器28被感应到时，表明翻板16已经关闭到位。
烟丝存储箱15无烟丝时将被存储箱料位检测器9检测到。
当上述三个条件满足时，卷烟机控制器O端发出要料信(24VDC)，且P端使截断阀电磁阀11得电，截断阀12开启负压吸风。
(2)喂丝机向卷烟机供料
喂丝机控制器D端接收到卷烟机要料信号。
负压检测器7检测到有负压时，表明卷烟机的负压吸风已开启并传导到喂丝机。
堵塞检测器6检测到烟丝未堵塞。
当上述三个条件满足时，喂丝机控制器A端输出使能信号(24VDC)至变频器33的使能端，B端输出速度信号(该信号是个电压信号)至变频器33的速度端，于是变频器33输出频率与接收到的速度电压信号成正比的三相电至供料电机4，供料电机4运行，其运行速度与三相电的频率成正比。供料电机4带动输送皮带2和拨丝棍3将烟丝输送至下降通道5中，该烟丝被负压吸风吸到卷烟机烟丝存储箱15中。
喂丝机控制器B端发出的速度电压信号的大小是人工设置的，即当供料电机4运行时，其运行速度固定的，要改变供料电机4的运行速度，只能通过更改喂丝机控制器中的与速度电压信号相关的参数来实现。
(3)卷烟机停止向喂丝机要料
当存储箱料位检测器9检测到烟丝存储箱15的烟丝满后，卷烟机控制器的O端停止发出要料信号，且P端使截断阀电磁阀11失电，截断阀12关闭负压吸风。
(4)喂丝机停止向卷烟机供料
当喂丝机控制器的D端未接收到要料信号，或者负压检测器7没有检测到负压时，A端停止发出使能信且B端停止发出速度电压信号，于是变频器33控制供料电机4停止运转，输送皮带2和拨丝棍3停止，不再供给烟丝。
(5)烟丝预分配箱给烟丝箱供料
陡角输送带29将烟丝箱21中的烟丝取出进行烟支生产，陡角输送带29的运行速度与卷烟机的生产速度成正，于是烟丝箱21中的烟丝被不断消耗。
当烟丝箱高位检测器22检测到无烟丝时，计量辊20按固定速度转动，将烟丝从烟丝预分配箱18输送至烟丝箱21，当烟丝箱高位检测器22检测到有烟丝时，计量辊20停止运转。于是随着卷烟机的生产，烟丝预分配箱18的烟丝也不断被消耗。
如果烟丝箱低位检测器24没有检测到烟丝，则机器停机并发出报警信号。
(6)烟丝存储箱给烟丝预分配箱供料
当预分配箱料位检测器17检测到烟丝预分配箱18中的烟丝不足时，烟丝存储箱15将给烟丝预分配箱18供给烟丝：
卷烟机控制器的Q端使翻板电磁阀34得电，翻板气缸26动作将翻板16打开，当翻板打开检测器27被感应到且翻板关闭检测器28不被感应到时，表明翻板16打开到位，从此刻开始延时5秒后(延时的目的是保证烟丝有足够的时间落入到烟丝预分配箱18)，卷烟机控制器的Q端使翻板电磁阀34失电，翻板气缸26动作将翻板16关闭，当翻板打开检测器27不被感应到且翻板关闭检测器28被感应到时，表明翻板16关闭到位了。
在翻板16动作的过程中，烟丝将落入到烟丝预分配箱18中，于是预分配箱料位检测器17将重新检测到烟丝，且存储箱料位检测器9检测到烟丝存储箱15无烟丝。
上述6个过程称为一个供料周期。
5、烟丝存储时间T
一个供料周期所用的时间为T7，T7可以用两种方式进行计算：
(1)从喂丝机和卷烟机的供料过程来看，T7由7个时间组成：
1)卷烟机负压吸风开启后传导到喂丝机的时间T1
卷烟机的负压吸风开启，且传导到喂丝机被负压检测器7检测到后，供料电机4才会运行进行供料，因此T1也是供料周期的组成部分。
负压吸风从卷烟机到喂丝机之间的传导路径长度为S1(单位：米)，负压吸风的平均速度为V1，于是T1＝S1/V1。
2)供料电机运行时间T2
在一个供料周期中，供料电机4的平均转速为V2(单位：圈/秒)。烟丝料库1中烟丝的平均密度为d(单位：千克/立方米)。
进入下降通道5中的烟丝体积和供料电机4转动的圈数成正比，即供料电机转动1圈，供给的烟丝体积为e(单位：立方米/圈)。
令：g＝de(单位：千克/圈)，g表示供料电机转动1圈所供给的烟丝重量。
于是一个供料周期中喂丝机的平均供料速度为V2g(单位：千克/秒)。
在一个供料周期中，喂丝机向卷烟机烟丝存储箱15输送了一箱的烟丝，一箱烟丝的重量为U(单位：千克),U主要取决于烟丝存储箱15的大小和存储箱料位检测器9的位置，可以认为U是基本不变的。
于是供料电机运行时间T2＝U/(V2g)。
3)烟丝输送时间T3
烟丝从喂丝机至卷烟机之间的输送路径长度为S2(单位：米)。
烟丝的平均输送速度为V3，V3主要取决于负压吸风的平均速度V1，二者成正关系。
于是烟丝输送时间T3＝S2/V3。
4)烟丝存储时间T
如图2，喂丝机给卷烟机供料完成后，烟丝将存储在烟丝存储箱15中，之后当预分配箱料位检测器17检测到烟丝预分配箱18中的烟丝不足时，翻板16打开使烟丝落入到烟丝预分配箱18中。
从卷烟机要料刚结束(要料信号出现下降沿)至翻板16刚开始打开(翻板电磁阀34的驱动信号出现上升沿)之间的时间间隔为T，这个时间间隔是喂丝机给卷烟机供料完成后烟丝在烟丝存储箱15中的存储时间。
5)翻板打开时间T4
从卷烟机控制器Q端使翻板电磁阀34得电开始，至翻板打开检测器27被感应到且翻板关闭检测器28不被感应到(此时翻板16完全打开)，这段时间称为翻板打开时间T4。
翻板16打开的路径长度为S3，翻板16打开的平均速度为V4，于是T4＝S3/V4。
6)翻板打开后的停留时间T5
翻板16打开到位，即翻板打开检测器27被感应到且翻板关闭检测器28不被感应到后，翻板电磁阀34会继续得电5秒，使得翻板16的打开状态被保持5秒，以保证烟丝有足够的时间落入到烟丝预分配箱18中。则翻板打开后的停留时间T5＝5。
7)翻板关闭时间T6
从卷烟机控制器Q端使翻板电磁阀34失电开始，至翻板打开检测器27不被感应到且翻板关闭检测器28被感应到(此时翻板16完全关闭)，这段时间称为翻板关闭时间T6。
翻板16的关闭路径长度和打开路径长度是相同的，为S3，翻板16关闭的平均速度为V5，于是T6＝S3/V5。
上述7个时间构成了一个供料周期的时间T7，即：
T7＝T1+T2+T3+T+T4+T5+T6＝S1/V1+U/(V2g)+S2/V3+T+S3/V4+5+S3/V5
(2)从卷烟机消耗烟丝的角度计算T7
如图4，从接收鼓31上看：
卷烟机的平均烟支生产速度为V6(单位：根/秒)。
卷烟机有重量控制系统，使得烟支30的平均重量保持不变，该平重量为h(单位：千克/根)。
于是卷烟机烟丝消耗的平均速度为V6h(单位：千克/秒)。
在一个供料周期中，卷烟机消耗的烟丝量等于烟丝存储箱15中一箱烟丝的重量，即U(单位：千克)。
于是一个供料周期时间T7＝U/(V6h)。
(3)烟丝存储时间T计算公式
通过上述分析可得到：.
T7＝S1/V1+U/(V2g)+S2/V3+T+S3/V4+5+S3/V5＝U/V6h
于是得到：
T＝U/(V6h)-S1/V1-U/(V2g)-S2/V3-S3/V4-5-S3/V5
该公式中各参数的含义：
T——烟丝存储时间(单位：秒)。
U——一个供料周期中，喂丝机向卷烟机烟丝存储箱15输送的一箱烟丝的重量(单位：千克)，U主要取决于烟丝存储箱15的大小和存储箱料位检测器9的位置，可以认为U是基本不变的。
V6——从接收鼓31上看，卷烟机的平均烟支生产速度(单位：根/秒)。
h——接收鼓31上烟支30的平均重量(单位：千克/根)，对于同一牌号的烟支，h是不变的。
S1——负压吸风从卷烟机到喂丝机之间的传导路径长度(单位：米)，当机器设备安装完成后，S1是不变的。
V1——负压吸风的平均速度(单位：米/秒)。
V2——在一个供料周期中，供料电机4的平均转速(单位：圈/秒)。
g——供料电机转动1圈所供给的烟丝重量(单位：千克/圈)，可以认为g是基本不变的。
S2——烟丝从喂丝机至卷烟机之间的输送路径长度(单位：米)，当机器设备安装完成后，S2是不变的。
V3——一个供料周期内，烟丝从喂丝机至卷烟机的平均输送速度(单位：米/秒)，V3主要取决于负压吸风的平均速度V1，二者成正关系。
S3——翻板16打开或关闭的路径长度(单位：米)，该值是固定的。
V4——翻板16打开的平均速度(单位：米/秒)。
5——翻板打开后的停留时间(单位：秒)。
V5——翻板16关闭的平均速度(单位：米/秒)。
(4)烟丝存储时间T的主要影响因素
从T的计算公式可知影响T的可变因素主要有4个：
1)供料电机平均速度V2——V2与T成正关系
V2越大，则单位时间进入到下降通道5的烟丝越多，烟丝充满烟丝存储箱15所需的时间越短，则烟丝存储时间T越长。反之V2越小，则烟丝存储时间T越短。
2)卷烟机平均生产速度V6——V6与T成反关系
V6越大，则陡角输送带29的速度越快，则烟丝箱21中的烟丝消耗越快，则烟丝预分配箱18中的烟丝也消耗得越快，则烟丝存储箱15给烟丝预分配箱18供丝的时间间隔会越短，则烟丝存储时间T越短。反之V6越小，则烟丝存储时间T越长。
3)负压吸风平均速度V1——V1与T成正关系
V1越大，负压吸风传导到喂丝机的时间越短，且烟丝输送的速度越快，烟丝到达烟丝存储箱15所需的时间越短，则烟丝存储时间T越长。反之V1越小，则烟丝存储时间T越短。
4)翻板运行速度V4和V5——V4、V5与T成正关系
翻板电磁阀34或翻板气缸26老化等原因会导致翻板16运行速度V4或V5下降，从而导致翻板打开或关闭时间增加，增加的翻板动作时间相当于是占用了烟丝存储时间T，于是烟丝存储时间T变短。反之翻板运行速度V4或V5加快时，会使烟丝存储时间T变长。
(5)烟丝存储时间T的作用
烟丝存储时间T越长，则烟丝供料越稳定，即卷烟机发生由于烟丝不足而停机的概率就越小；反之烟丝存储时间T越短，则烟丝供料越不稳定，即卷烟机发生由于烟丝不足而停机的概率就越大。
例如：假设烟丝存储时间T为3秒，由于负压吸风速度下降，烟丝存储时间T下降了刚好3秒，即此时T为0秒，处于临界点——当喂丝机给卷烟机供料刚结束时，预分配箱料位检测器17也刚好检测到没有烟丝，则翻板16必须立即打开将烟丝存储箱15中的烟丝送至烟丝预分配箱18。此时如果供料电机4的速度也下降了，则卷烟机就会出现烟丝不足的状况——当喂丝机给卷烟机供料还未结束时，预分配箱料位检测器17就已经检测到没有烟丝了。
反之，假设烟丝存储时间T有10秒，由于负压吸风速度下降，导致烟丝存储时间T下降了3秒，即此时T为7秒，很显然此时卷烟机出现烟丝不足的概率就比较小。
6、烟丝供料缺陷
受前述的4个因素的影响，烟丝供料的稳定性会下降：
供料电机4的速度控制方式为开环控制，由于电机老化等原因会导致供料电机4的实际运行速度下降，则供料速度变慢，从而导致T会变短；另外，当卷烟机生产速度加快、负压吸风速度下降或者翻板动作变慢时，T也会变短。T变短会导致烟丝供料的稳定性下降，即卷烟机发生由于烟丝不足而停机的概率增大。
其中，上述附图中的附图标记如下：
1、喂丝机烟丝料库 2、输送皮带 3、拨丝辊 4、供料电机
5、下降通道 6、堵塞检测器 7、负压检测器 8、烟丝输送管道
9、存储箱料位检测器 10、负压箱 11、截断阀电磁阀
12、截断阀 13、负压吸风管道 14、滤网 15、烟丝存储箱
16、翻板 17、预分配箱料位检测器 18、烟丝预分配箱
19、反光板 20、计量辊 21、烟丝箱 22、烟丝箱高位检测器
23、反光板 24、烟丝箱低位检测器 25、反光板
26、翻板气缸 27、翻板打开检测器 28、翻板关闭检测器
29、陡角输送带 30、烟支 31、接收鼓 32、接收鼓烟支检测器
33、变频器 34、翻板电磁阀
发明内容
本发明实施例提供一种喂丝机供料电机的速度控制方法、装置和系统，通过将供料电机速度控制方式由开环控制改为闭环控制，根据卷烟机控制器实时提供的烟支生产速度a和烟丝存储时间T确定供料电机的期望速度，根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号，以便使供料电机的实际速度与期望速度相等。从而有效提高供料精度，保障供料的稳定性。
根据本发明的一个方面，提供一种喂丝机供料电机的速度控制方法，包括：
实时检测增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔，其中增量型轴编码器安装在供料电机的转轴中；
根据相邻脉冲信号时间间隔计算供料电机的实际速度；
根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号，以便使供料电机的实际速度与期望速度相等；
其中，期望速度与卷烟机控制器实时提供的烟支生产速度a和烟丝存储时间T相关联。
在一个实施例中，根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号包括：
若供料电机的实际速度大于期望速度，则减小发送给变频器的速度电压信号；
若供料电机的实际速度小于期望速度，则增大发送给变频器的速度电压信号。
在一个实施例中，供料电机的实际速度b＝1/(nt1)；
其中n为增量型轴编码器的转轴转动一圈所输出的增量脉冲总数，t1为增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔。
在一个实施例中，若烟支生产速度a为0，则期望速度k为k＝pjmh/g，其中：
p为速度系数，j为比例系数，m为卷烟机能够达到的最高生产速度，h为接收鼓上每根烟的重量，g为供料电机转动1圈所供给的烟丝重量。
在一个实施例中，若烟支生产速度a处于加速或减速状态，则期望速度k为k＝jah/g。
在一个实施例中，若烟支生产速度a处于恒定值y，则在喂丝机首次供料时，期望速度k为k＝jyh/g。
在一个实施例中，若烟支生产速度a处于恒定值y，则在喂丝机非首次供料时，进一步判断烟丝存储时间T是否在预定时间范围内；
若烟丝存储时间T小于预定时间范围的下限，则给期望速度k增加一个调整量r，同时满足k≤w；
若烟丝存储时间T大于预定时间范围的上限，则给期望速度k减去一个调整量r；
其中，r＝sjyh/g，s为调整系数，w为供料电机能够达到的最高速度。
根据本发明的另一方面，提供一种喂丝机供料电机的速度控制装置，包括检测模块、实际速度计算模块、期望速度确定模块和速度调整模块，其中：
检测模块，用于实时检测增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔，其中增量型轴编码器安装在供料电机的转轴中；
实际速度计算模块，用于根据相邻脉冲信号时间间隔计算供料电机的实际速度；
期望速度确定模块，用于根据卷烟机控制器实时提供的烟支生产速度a和烟丝存储时间T确定供料电机的期望速度；
速度调整模块，用于根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号，以便使供料电机的实际速度与期望速度相等。
在一个实施例中，速度调整模块具体在供料电机的实际速度大于期望速度时，减小发送给变频器的速度电压信号；在供料电机的实际速度小于期望速度时，增大发送给变频器的速度电压信号。
在一个实施例中，供料电机的实际速度b＝1/(nt1)；
其中n为增量型轴编码器的转轴转动一圈所输出的增量脉冲总数，t1为增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔。
在一个实施例中，期望速度确定模块具体在烟支生产速度a为0时，确定期望速度k为k＝pjmh/g，其中：
p为速度系数，j为比例系数，m为卷烟机能够达到的最高生产速度，h为接收鼓上每根烟的重量，g为供料电机转动1圈所供给的烟丝重量。
在一个实施例中，期望速度确定模块还用于在烟支生产速度a处于加速或减速状态时，确定期望速度k为k＝jah/g。
在一个实施例中，期望速度确定模块还用于在烟支生产速度a处于恒定值y时，在喂丝机首次供料时确定期望速度k为k＝jyh/g。
在一个实施例中，期望速度确定模块还用于在烟支生产速度a处于恒定值y时，在喂丝机非首次供料时进一步判断烟丝存储时间T是否在预定时间范围内；若烟丝存储时间T小于预定时间范围的下限，则给期望速度k增加一个调整量r，同时满足k≤w；若烟丝存储时间T大于预定时间范围的上限，则给期望速度k减去一个调整量r；其中，r＝sjyh/g，s为调整系数，w为供料电机能够达到的最高速度。
根据本发明的另一方面，提供一种喂丝机供料电机的速度控制系统，包括上述任一实施例涉及的速度控制装置，以及
卷烟机控制器，用于向速度控制装置实时提供烟支生产速度a和烟丝存储时间T。
在一个实施例中，烟支生产速度a＝1/t2，其中t2为卷烟机控制器实时测量的接收鼓烟支检测器输出的相邻脉冲信号的间隔时间；
烟丝存储时间T为要料信号出现下降沿至翻板电磁阀驱动信号出现上升沿之间的时间间隔。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为无烟丝时烟丝供料机构原理图。
图2为有烟丝时烟丝供料机构原理图。
图3为卷烟机烟丝分配器测试图。
图4为烟支在鼓轮上运行示意图。
图5为喂丝机和卷烟机电路图。
图6为本发明喂丝机供料电机的速度控制方法一个实施例的示意图。
图7为增量型轴编码器示意图。
图8为增量型轴编码器输出信号示意图。
图9为增量型轴编码器连接示意图。
图10为本发明喂丝机供料电机的速度控制装置一个实施例的示意图。
图11为本发明喂丝机供料电机的速度控制系统一个实施例的示意图。
图12为本发明供料电机速度控制电路示意图。
图13为增量型轴编码器相邻脉冲信号时间间隔的测量时序图。
图14为接收鼓烟支检测器相邻脉冲信号时间间隔的测量时序图。
图15为卷烟机生产速度变化过程示意图。
图16为烟丝存储时间测量时序图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图6为本发明喂丝机供料电机的速度控制方法一个实施例的示意图。可选地，本实施例的方法步骤可由喂丝机控制器执行。其中：
步骤601，实时检测增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔，其中增量型轴编码器安装在供料电机的转轴中。
步骤602，根据相邻脉冲信号时间间隔计算供料电机的实际速度。
其中，供料电机的实际速度b＝1/(nt1)，n为增量型轴编码器的转轴转动一圈所输出的增量脉冲总数，t1为增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔。
步骤603，根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号，以便使供料电机的实际速度与期望速度相等。
其中，期望速度与卷烟机控制器实时提供的烟支生产速度a和烟丝存储时间T相关联。
可选地，根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号包括：
若供料电机的实际速度大于期望速度，则减小发送给变频器的速度电压信号；若供料电机的实际速度小于期望速度，则增大发送给变频器的速度电压信号。
基于本发明上述实施例提供的喂丝机供料电机的速度控制方法，通过将供料电机速度控制方式由开环控制改为闭环控制，根据卷烟机控制器实时提供的烟支生产速度a和烟丝存储时间T确定供料电机的期望速度，根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号，以便使供料电机的实际速度与期望速度相等。从而有效提高供料精度，保障供料的稳定性。
如图7和图8，增量型轴编码器35的转轴36每转动一圈，信号端37将均匀的输出n个增量脉冲信号，n由轴编码器的型号决定。
如图8和图9，在喂丝机供料电机4的转轴38中装设一个增量型轴编码器35，使得供料电机转轴38与增量型轴编码器35的转轴36相连，于是供料电机4转动一圈，轴编码器转轴36也跟着转动一圈，此过程中轴编码器35输出n个脉冲信号。
可选地，在根据卷烟机控制器实时提供的烟支生产速度a和烟丝存储时间T确定期望速度k时：
若烟支生产速度a为0，则期望速度k为k＝pjmh/g，其中：
p为速度系数，0＜p≤1，在烟丝输送管道不堵丝的前提下，对p的大小没有严格要求，如果希望在该阶段供料比较快，可以增大p，反之可以减小p。
j为比例系数，j>1，在保证卷烟机烟丝足够的前提下，j越小越好。
m为卷烟机能够达到的最高生产速度，h为接收鼓上每根烟的重量，g为供料电机转动1圈所供给的烟丝重量。
若烟支生产速度a处于加速或减速状态(不稳定状态)，则期望速度k为k＝jah/g。
若烟支生产速度a处于恒定值y，则在喂丝机首次供料时，期望速度k为k＝jyh/g。
若烟支生产速度a处于恒定值y，则在喂丝机非首次供料时，进一步判断烟丝存储时间T是否在预定时间范围内。若烟丝存储时间T小于预定时间范围的下限，则给期望速度k增加一个调整量r，同时满足k≤w；若烟丝存储时间T大于预定时间范围的上限，则给期望速度k减去一个调整量r。在保证烟丝供应足够的前提下，预定时间范围的下限和上限越小越好。
其中，r＝sjyh/g，s为调整系数，0＜s＜1，s越小，调整过程越稳定，但调整时间长；s越大，调整时间越短，但可能超调。w为供料电机能够达到的最高速度。
图10为本发明喂丝机供料电机的速度控制装置一个实施例的示意图。如图10所示，该装置可包括检测模块1001、实际速度计算模块1002、期望速度确定模块1003和速度调整模块1004，其中：
检测模块1001用于实时检测增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔，其中增量型轴编码器安装在供料电机的转轴中。
实际速度计算模块1002用于根据相邻脉冲信号时间间隔计算供料电机的实际速度。
其中，供料电机的实际速度b＝1/(nt1)，n为增量型轴编码器的转轴转动一圈所输出的增量脉冲总数，t1为增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔。
期望速度确定模块1003用于根据卷烟机控制器实时提供的烟支生产速度a和烟丝存储时间T确定供料电机的期望速度。
速度调整模块1004用于根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号，以便使供料电机的实际速度与期望速度相等。
可选地，速度调整模块1004具体在供料电机的实际速度大于期望速度时，减小发送给变频器的速度电压信号；在供料电机的实际速度小于期望速度时，增大发送给变频器的速度电压信号。
基于本发明上述实施例提供的喂丝机供料电机的速度控制装置，通过将供料电机速度控制方式由开环控制改为闭环控制，根据卷烟机控制器实时提供的烟支生产速度a和烟丝存储时间T确定供料电机的期望速度，根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号，以便使供料电机的实际速度与期望速度相等。从而有效提高供料精度，保障供料的稳定性。
可选地，期望速度确定模块1003具体在烟支生产速度a为0时，确定期望速度k为k＝pjmh/g，其中：
p为速度系数，j为比例系数，m为卷烟机能够达到的最高生产速度，h为接收鼓上每根烟的重量，g为供料电机转动1圈所供给的烟丝重量。
期望速度确定模块1003还用于在烟支生产速度a处于加速或减速状态时，确定期望速度k为k＝jah/g。
期望速度确定模块1003还用于在烟支生产速度a处于恒定值y时，在喂丝机首次供料时确定期望速度k为k＝jyh/g。
期望速度确定模块1003还用于在烟支生产速度a处于恒定值y时，在喂丝机非首次供料时进一步判断烟丝存储时间T是否在预定时间范围内；若烟丝存储时间T小于预定时间范围的下限，则给期望速度k增加一个调整量r，同时满足k≤w；若烟丝存储时间T大于预定时间范围的上限，则给期望速度k减去一个调整量r；其中，r＝sjyh/g，s为调整系数，w为供料电机能够达到的最高速度。
图11为本发明喂丝机供料电机的速度控制系统一个实施例的示意图，其中该系统包括喂丝机控制器1101和卷烟机控制器1102，其中喂丝机控制器1101为图10中任一实施例涉及的速度控制装置。
卷烟机控制器1102，用于向速度控制装置实时提供烟支生产速度a和烟丝存储时间T。
其中，烟支生产速度a＝1/t2，其中t2为卷烟机控制器实时测量的接收鼓烟支检测器输出的相邻脉冲信号的间隔时间；烟丝存储时间T为要料信号出现下降沿至翻板电磁阀驱动信号出现上升沿之间的时间间隔。
图12为本发明供料电机速度控制电路示意图。与图5所示实施例相比，在图12中，将增量型轴编码器35的输出信号输入至喂丝机控制器的数字量输入端R，卷烟机控制器和喂丝机控制器通过PROFIBUS-DP总线进行通信连接。
下面通过具体示例对本发明进行说明。
1、喂丝机供料电机基准速度c公式推导
(1)喂丝机的供料速度f
如图2，在喂丝机中：供料电机4转速为c(单位：圈/秒)，烟丝料库1中烟丝的平均密度为d(单位：千克/立方米)，进入下降通道5中的烟丝体积和供料电机4转动的圈数成正比，即供料电机转动1圈，供给的烟丝体积为e(单位：立方米/圈)。令：g＝de(单位：千克/圈)，g表示供料电机转动1圈所供给的烟丝重量。该值可通过实验测量出来。于是喂丝机的供料速度f＝cg(单位：千克/秒)。
(2)卷烟机烟丝消耗速度i
如图4：烟支生产速度为a(单位：根/秒)。每根烟30的平均重量是固定的，为h(单位：千克/根)。于是卷烟机烟丝消耗速度i＝ah(单位：千克/秒)。
(3)供料电机基准速度c
当喂丝机的供料速度f与卷烟机烟丝消耗速度i相同时，cg＝ah，得到供料电机4的运行速度c＝ah/g(单位：圈/秒)。
c＝ah/g表示：如果供料电机4按照速度c＝ah/g不间断运行，且供给的烟丝直接连接至卷烟机的烟丝预分配箱18，而没有经过下降通道5、烟丝输送管道8、翻板16，此时可保证卷烟机不间断运行，不会出现烟丝不足的情况。
但实际中供料电机4不是不间断运行的，且供给的烟丝不是直接给卷烟机生产使用，中间要经过下降通道5、烟丝输送管道8、翻板16。因此如果供料电机4按照速度c＝ah/g运行，卷烟机会出现烟丝不足的情况。
所以供料电机4运行的速度应当要大于ah/g，取c＝jah/g，j＞1。
j越大，供料速度越快，单位时间内进入到下降通道5中的烟丝越多，烟丝输送管道8发生堵丝的概率越大；反之j越小，供料速度越慢，烟丝输送管道8发生堵丝的概率越小。
由于本发明还会对供料电机4的速度在c＝jah/g的基础上进行进一步优化，因此对于j没有特别精确的要求，其大小原则是：在保证卷烟机烟丝足够的前提下，j越小越好。
将c＝jah/g称为供料电机基准速度，这个速度是与卷烟机的生产速度a保持同步的，即卷烟机生产速度上升时，c也随着上升，反之卷烟机生产速度下降时，c也随着下降。
c＝jah/g各个参数的含义：
j为比例系数，j＞1,在保证卷烟机烟丝足够的前提下，j越小越好；A为卷烟机烟支生产速度；H为每根烟的重量；g为供料电机转动1圈所供给的烟丝重量。
2、供料电机的闭环控制方式
为了提高供料精度，供料电机4的速度采用闭环控制：
如图8和图13，实时测量出增量型轴编码器35输出的相邻脉冲信号的时间间隔t1(单位：秒)，t1时间内供料电机4转动了1/n圈，则供料电机4转动的实际速度b＝1/n/t1＝1/(nt1)(单位：圈/秒)。
设置参数k(单位：圈/秒)，k表示期望供料电机4达到的速度。
当需要供料电机4运行时，比较供料电机4的期望速度k和实际速度b的差距，调整喂丝机控制器发送至变频器33的速度电压信号大小：k＞b时，增大速度电压信号；k＜b时，减小速度电压信号。直至供料电机4的实际速度b等于期望速度k。
3、确定供料电机期望速度k
如图4和图14，在卷烟机控制器中，实时测量出接收鼓烟支检测器32相邻脉冲信号的间隔时间t2(单位：秒)，该时间就是生产1根烟所需的时间，于是烟支的生产速度为a＝1/t2(单位：根/秒)。
如图16，在卷烟机控制器中，测量出烟丝存储时间T——要料刚结束(要料信号出现下降沿，如A点所示)至翻板16刚开始打开(翻板电磁阀驱动信号出现上升沿，如B点所示)之间的时间间隔。
如图12，卷烟机控制器通过PROFIBUS-DP总线39实时将测量得到的a和T传输到喂丝机控制器。
如图15，卷烟机的生产过程包括以下几个阶段：
x1之前：卷烟机停机或空转，生产速度a为0；
x1x2阶段：卷烟机加速，生产速度a上升；
x2x3阶段：卷烟机稳定生产，生产速度a恒定为某个值y；
x3x4阶段：卷烟机减速，生产速度a下降；
x4之后：卷烟机停机或空转，生产速度a为0。
于是根据卷烟机处于不同的生产阶段，k取不同的值：
(1)当卷烟机生产速度a为0，即处于x1之前或者x4之后的阶段时：
m是卷烟机能够达到的最高生产速度，当卷烟机处于该速度时，a＝m，于是供料电机最高基准速度c＝jah/g＝jmh/g。
当卷烟机的生产速度a为0时，也会有要料，但这个阶段要料次数是有限的，如当卷烟机长时间停机时，最多会出现1次要料——使得烟丝存储箱15填满后，不再要料，直到卷烟机启动。这个阶段k取供料电机最高基准速度jmh/g的p倍，即：k＝pjmh/g。
0＜p≤1，由于此时没有进行烟支生产，因此对此时的供料速度没有特别的要求，只要保证不堵丝就行，所以对p的大小没有严格要求，如果希望在该阶段供料比较快，可以增大p，反之可以减小p。
(2)当卷烟机生产速度a处于不稳定状态，即x1x2加速阶段或者x3x4减速阶段时：
此时k取基准速度，即k＝c＝jah/g。使得供料电机4的运行速度和卷烟机的生产速度a保持同步。
(3)当卷烟机生产速度a稳定为某个速度y，即x2x3阶段时：
1)卷烟机的生产速度a进入某个稳定值y后，当喂丝机第一次供料，需要供料电机4运行时，k＝c＝jah/g＝jyh/g，即此时的k取基准速度，使得k与此时的卷烟机生产速度y保持同步。
2)从第二次供料开始，获取从卷烟机控制器传输来的烟丝存储时间T，对k进行修正，具体如下：
设定一个T要达到的时间范围T8—T9(如10秒—15秒)。
T8和T9的大小原则是：在保证烟丝供应足够的前提下，越小越好，T8和T9越大，供料稳定性越高，但以T8≤T≤T9为目标对k进行调整后，k会比较大，供料电机速度过快容易导致管道堵丝。
反之T8和T9越小，供料稳定性越低，但出现管道堵丝的概率会减小。
设定供料电机速度单次调整量r＝sc＝sjyh/g。
r是此时基准速度c＝jyh/g的s倍，0＜s＜1，r表示每次对k进行调整时k的变化量。s越小，则r越小，则k每次的调整量越小，则调整过程越稳定，但达到目标T8≤T≤T9需要的时间越长。反之s越大，则r越大，则k每次的调整量越大，达到目标T8≤T≤T9需要的时间越短，但有可能出现超调。
于是以T8≤T≤T9作为目标对供料电机设定速度k进行调整：
如果T＜T8，表明烟丝存储时间过短，则使得k在原来的基础上增加r，即k＝k+r。于是下一次供料时，通过闭环控制会使得电机供料速度达到增大后的设定值k，则供料速度加快，烟丝存储箱15会被更快装满，则时间T就会延长。
如果T＞T9，表明烟丝存储时间过长，则使得k在原来的基础上减小r，即k＝k-r。于是下一次供料时，通过闭环控制使得电机供料速度达到减小后的设定值k，则供料速度减慢，烟丝存储箱15会被更慢装满，则时间T就会缩短。
另外，设定一个参数w——供料电机4允许达到的最高速度，在整个调整过程中，不允许k超过w，即k≤w。目的是为了防止供料电机4的速度过快而导致烟丝输送管道8出现堵丝故障。
通过上述调整过程，使得T8≤T≤T9，可使得供料过程保持稳定。
通过实时本发明，实现了喂丝机供给电机的速度控制，保证烟丝供料的稳定性，降低了卷烟机由于烟丝不足而停机的概率。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (14)
1.一种喂丝机供料电机的速度控制方法，其特征在于，包括：
实时检测增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔，其中增量型轴编码器安装在供料电机的转轴中；
根据相邻脉冲信号时间间隔计算供料电机的实际速度；
根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号，以便使供料电机的实际速度与期望速度相等；
其中，期望速度与卷烟机控制器实时提供的烟支生产速度a和烟丝存储时间T相关联；
在烟支生产速度a为0的情况下，期望速度k为k＝pjmh/g，p为速度系数，j为比例系数，m为卷烟机能够达到的最高生产速度，h为接收鼓上每根烟的重量，g为供料电机转动1圈所供给的烟丝重量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号包括：
若供料电机的实际速度大于期望速度，则减小发送给变频器的速度电压信号；
若供料电机的实际速度小于期望速度，则增大发送给变频器的速度电压信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
供料电机的实际速度b＝1/(nt1)；
其中n为增量型轴编码器的转轴转动一圈所输出的增量脉冲总数，t1为增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，
若烟支生产速度a处于加速或减速状态，则期望速度k为k＝jah/g。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
若烟支生产速度a处于恒定值y，则在喂丝机首次供料时，期望速度k为k＝jyh/g。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
若烟支生产速度a处于恒定值y，则在喂丝机非首次供料时，进一步判断烟丝存储时间T是否在预定时间范围内；
若烟丝存储时间T小于预定时间范围的下限，则给期望速度k增加一个调整量r，同时满足k≤w；
若烟丝存储时间T大于预定时间范围的上限，则给期望速度k减去一个调整量r；
其中，r＝sjyh/g，s为调整系数，w为供料电机能够达到的最高速度。
7.一种喂丝机供料电机的速度控制装置，其特征在于，包括检测模块、实际速度计算模块、期望速度确定模块和速度调整模块，其中：
检测模块，用于实时检测增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔，其中增量型轴编码器安装在供料电机的转轴中；
实际速度计算模块，用于根据相邻脉冲信号时间间隔计算供料电机的实际速度；
期望速度确定模块，用于根据卷烟机控制器实时提供的烟支生产速度a和烟丝存储时间T确定供料电机的期望速度；其中，在烟支生产速度a为0的情况下，确定期望速度k为k＝pjmh/g，p为速度系数，j为比例系数，m为卷烟机能够达到的最高生产速度，h为接收鼓上每根烟的重量，g为供料电机转动1圈所供给的烟丝重量；
速度调整模块，用于根据供料电机的实际速度与期望速度的差距调整发送给变频器的速度电压信号，以便使供料电机的实际速度与期望速度相等。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
速度调整模块具体在供料电机的实际速度大于期望速度时，减小发送给变频器的速度电压信号；在供料电机的实际速度小于期望速度时，增大发送给变频器的速度电压信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
供料电机的实际速度b＝1/(nt1)；
其中n为增量型轴编码器的转轴转动一圈所输出的增量脉冲总数，t1为增量型轴编码器输出的相邻脉冲信号时间间隔。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的装置，其特征在于，
期望速度确定模块还用于在烟支生产速度a处于加速或减速状态时，确定期望速度k为k＝jah/g。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，
期望速度确定模块还用于在烟支生产速度a处于恒定值y时，在喂丝机首次供料时确定期望速度k为k＝jyh/g。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，
期望速度确定模块还用于在烟支生产速度a处于恒定值y时，在喂丝机非首次供料时进一步判断烟丝存储时间T是否在预定时间范围内；若烟丝存储时间T小于预定时间范围的下限，则给期望速度k增加一个调整量r，同时满足k≤w；若烟丝存储时间T大于预定时间范围的上限，则给期望速度k减去一个调整量r；其中，r＝sjyh/g，s为调整系数，w为供料电机能够达到的最高速度。
13.一种喂丝机供料电机的速度控制系统，其特征在于，包括如权利要求7-12中任一项所述的速度控制装置，以及
卷烟机控制器，用于向速度控制装置实时提供烟支生产速度a和烟丝存储时间T。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，
烟支生产速度a＝1/t2，其中t2为卷烟机控制器实时测量的接收鼓烟支检测器输出的相邻脉冲信号的间隔时间；
烟丝存储时间T为要料信号出现下降沿至翻板电磁阀驱动信号出现上升沿之间的时间间隔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |