CN109709921B - 一种烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法，该方法包括如下步骤：步骤1)建立移位寄存器；步骤2)持续监视机器同步脉冲及SE到MAX的烟支交接信号；步骤3)当机器有同步脉冲并有SE到MAX的烟支交接信号存在时，逐支填入当前时刻烟支对应的其在SE时的检测值到移位寄存器中；步骤4)当烟支在MAX部位中继续流转时，持续监视MAX烟支检测系统烟支存在检测器；步骤5)当该烟支存在检测器信号有上升沿时，表征烟支检测系统必定会有烟支进入，则向移位寄存器逐支填入MAX烟支检测系统的检测值；步骤6)当烟支到达MAX出口时，该状态通过烟支出口传感器表征，当该传感器有上升沿信号时，逐支填入烟支轨道号、时间戳、烟支状态；步骤7)缓存；步骤8)压缩。

Description

一种烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法

技术领域

本发明涉及烟草行业卷烟机设备控制系统所集成的所有质量传感器单支烟检测数据实时逐支同步的方法。

背景技术

在卷烟产品设计与开发、生产制造过程质量控制、产品交收检验等过程中，需要获取大量产品质量指标相关数据，然后予以相应的统计学方法，对上述物理指标进行判定或关联性分析等，进而对卷烟产品的设计、制造工艺优化、过程质量控制进行指导。此类过程往往具有以下两个特征：

(1)采用抽样检验的方式：即在符合某种条件的卷烟总样本中，按照接收概率制定相应的抽样方案，抽取少量样本检验，再根据检验结果，通过样本估算总体，判定该批产品是否合格或制造过程是否达到某一质量水平。

(2)基于离线仪器检验：针对目前卷烟关键物理指标(如重量、圆周、吸阻、通风度)数据的获取，由于卷烟机目前车速较高、数据无法获取或多数物理指标无法在线检测的因素，目前行业内主要基于离线QTM、Sodim等综合测试台(检测重量、圆周、吸阻等)、TEWS密度水分仪(检测水分、烟丝密度分布)等离线仪器的数据进行检验、分析。

以上做法是当前烟草行业的普遍做法，但此类方式的缺点是：

(1)抽样检验是根据小样本的检验结果推断整批质量水平，必然会存在α错误和β错误风险。

(2)抽样检验仅能体现小样品的“正常”与否，难以甚至不能体现生产过程的“正常”与否。

(3)离线检验仅能检测产品质量特性指标，却无法对应、还原产生某一质量特性下的过程特性状态。

(4)由于检验是基于“离线”的方式，当发现产品质量问题时，往往具有较长的滞后性，无法实时快速精准的对生产出现的批量异常进行反应与处理。

如文献山东中烟(孙东亮等.卷烟卷制质量的稳定性研究[J],2008)为评价在制品加工过程中的质量稳定程度,提高卷烟卷制过程中的质量稳定性控制水平,以方差分析、统计假设检验等为手段,对卷烟的质量指标和过程参数进行差异显著性分析,以显著性水平来量化卷烟卷制质量的稳定程度。文献江苏中烟(章平泉等，细支卷烟主要物理特性的因子分析，2017)为准确评价细支卷烟的物理特性,对某牌号细支卷烟样品的物理特性进行测试、统计分析并利用因子分析法进行综合评价。文献红塔烟草集团(周海东等，烟支密度与物理指标的关联性研究)为研究烟支密度和物理指标的关系,以烟支密度、烟支物理指标(重量、吸阻、圆周、长度)为评价指标,开展了卷烟烟支密度与物理指标的关联性分析。以上文献所述及的分析方法的数据来源，都是基于抽检状态下、依赖于离线仪器的检测，与当前烟草行业的普遍做法一致。

国内各家烟草工业企业采用上述方法的原因，根据技术分析，主要原因我们分析有2点：1)是因为质量传感器技术发展还不够充分，未能全部覆盖到上述全部指标；2)是因为卷烟机生产速度非常快，当前行业内最快的生产速度为20000支/分钟(约3ms/支)传统的卷烟机电控技术不具备将其传感器在线实时数据进行逐支实时同步。因此，各家工业企业在卷烟产品设计、制造工艺优化、过程质量控制只能采用上述离线检测的数据。

近年来，在国家和行业智能制造技术的推动下，同时，伴随着传感器技术以及控制系统技术实时性的飞速发展，当前卷烟机基本都逐步具备了以下在线质量传感器：重量、密度分布、水分、圆周、吸阻、通风度、漏气、缺嘴、外观等，这些传感器数据可以在线直接表征烟支的物理指标，而另外一个传统方法只能通过离线检测才能得到的填充值数据，则可以由卷烟机的运行参数进行在线间接表征文献，例如本申请人的发明专利一种通过卷烟机运行参数表征烟丝填充值的方法申请号为CN201710324964.5已经表述了该种方法。这些数据分布在卷烟机的三个不同部位VE(供料机)、SE(烟丝成条机)、MAX(滤嘴和烟条接装机)，并且集成在3个不同的子PLC中，3个子PLC之间一般相互进行数字量数据通信，但是，上述数据都是一些模拟量数据。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1)根据卷烟过程质量特性，建立移位寄存器；

步骤2)持续监视机器同步脉冲及SE到MAX的烟支交接信号；具体是指当在SE处烟支完成切割，并交接到MAX时，此时通过信号传感器监视烟支交接信号；

步骤3)当机器有同步脉冲并有SE到MAX的烟支交接信号存在时，表明其已经进入下一流程，可以开始逐支填入当前时刻烟支对应的其在SE时的烟支编号、单支烟填充值、单支烟重量、水分、单支烟圆周值到移位寄存器中；

步骤4)当烟支在MAX部位中继续流转时，持续监视MAX烟支检测系统烟支存在检测器；

该信号是为了精确实现本发明所特加的一个信号；该信号的目的是使得进入MAX烟支检测系统HJY-CIS不要一直使能。因为，SE的烟支进入MAX后，在到达HJY-CIS之前，还有数个工位有进行剔除(如取样、中位剔除等)，所以如果HJY-CIS一直处于使能状态，会产生大量的错误信号、计数及烟支状态，这会使得本发明所述及的方法精确性降低；

步骤5)当该烟支存在检测器信号有上升沿时，表征烟支检测系统必定会有烟支进入，则向移位寄存器逐支填入MAX烟支检测系统所检测出单支烟的端头烟丝密度、光学外观检测的电压值、气密性、通风度、吸阻、视觉外观检测值；

步骤6)当烟支到达MAX出口时，该状态通过烟支出口传感器表征，当该传感器有上升沿信号时，逐支填入烟支轨道号、时间戳、烟支状态；

该光电管出现上升沿信号后，代表已经有1支烟完全离开烟支卷制工序，进入包装工序，也就意味着这是一支烟支卷纸过程质量合格的烟支。此时，在上升沿信号发生时，我们就逐支填入烟支轨道号、时间戳、烟支状态，并形成完整的一支烟的数据寄存器；

步骤7)将上述所有逐支数据存入预置的结构数据组中进行缓存；

步骤8)当缓存存满后，写入数据库文件，进行压缩，并开始下一循环。

作为优选，所述的烟支卷接过程适用于ZJ17E卷接机，该ZJ17E卷接机配置有烟支圆周检测器、烟支重量检测器、MAX烟支检测系统。

作为优选，根据ZJ17E卷接机的在线直接和间接质量传感器的配置情况，建立移位寄存器。

作为优选，所述步骤3)中记录的烟支编号为SE处的烟支编号，在SE和MAX之间使用高速同步信号进行脉冲同步；SE机器和MAX机器之间使用高速同步信号进行脉冲同步，这样处理的作用是：SE的烟支编号就能够转化为最终的MAX处的烟支的编号。

作为优选，所述步骤4)的烟支存在检测器使用光电管。

作为优选，所述烟支出口传感器为光电管。

作为优选，所述步骤2)中的烟支交接信号通过光电管检测获得。

本发明所述及的方法具备以下有益效果：

1)今后的烟支卷烟卷制数据分析能够使用基于全数据的大数据分析方法，而不再是样本数据；2)缩短产品设计周期；3)提高卷烟制造工艺优化水平；4)颠覆性地改变传统过程控制方法，显著提升传统卷烟制造过程的质量控制能力；5)是今后卷烟智造的主要基础技术支撑。

附图说明

图1为本发明提供的方法的流程示意图；

图2为本发明提供的SE质量数据范围；

图3为本发明提供的MAX质量数据范围；

图4为本发明提供的SE烟支状态释义；

图5为本发明提供的MAX烟支状态释义(前轨+后轨)；

图6为本发明提供的逐支同步数据实例(含剔除样本)。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案及目的，以下结合说明书附图对本发明的实施方式作进一步描述。本发明的“SE”指的是“烟丝成条机”、MAX指的是“滤嘴和烟条接装机”。

本实施例是用于常德烟机有限责任公司出产的ZJ17E卷接机的烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法。该机型是当前常德公司出产的装配有快速控制核心(倍福IPC控制器，控制周期可以到微秒级别，可以满足本发明的基础技术要求：ZJ17E型卷接机生产速度为7000支/分钟，即每支烟的周期是60000ms/7000支＝8.6ms/支，即使当前世界上速度最快的卷接机，每支烟的周期是60000ms/20000支＝3ms/支，该控制器也能满足基础技术要求)，且配备了以下在线检测器：烟支圆周检测器(HJY-ODIM)、烟支重量检测器(HJY-WB)、MAX烟支检测系统HJY-CIS(包含端头烟丝密度、光学外观、气密性、通风度、吸阻、视觉外观检测)，另外一个烟支的主要质量数据填充值可以通过浙江中烟所公开的专利(一种通过卷烟机运行参数表征烟丝填充值的方法-CN201710324964.5)由卷烟机的运行参数进行在线间接表征。

本发明提供烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法，方法主要分为以下几步：

步骤1)建立移位寄存器；

根据ZJ17E卷接设备的在线直接和间接质量传感器的配置情况，建立移位寄存器，该以为寄存器用于存储单支烟的状态的最小单元数据包，后续，要将该寄存器写成功之后放入系统缓存。

步骤2)持续监视机器同步脉冲及SE到MAX的烟支交接信号；

SE机器的同步脉冲使用1024线编码器产生，代表SE机器主轴每完整旋转一圈，编码器产生1024个脉冲，代表4支烟，即每256个脉冲代表有1支烟产生，此时烟支还在SE处，当在SE处烟支完成切割，并交接到MAX时，此时通过监视烟支交接信号(该信号传感器可选用SICK品牌光电管)。只要有机器脉冲，且该传感器发出1个上升沿信号，标明烟支已经从SE传递到MAX，则进入下一步骤。若始终没有脉冲信号或者SE到MAX的烟支交接信号，则需要一直等待。

步骤3)填入当前时刻烟支对应的烟支编号、填充值、单支烟重量、单支烟水分、单支烟圆周等检测值；

当烟支从SE交接到MAX时，系统所要完成的工作是记录当前时刻烟支对应的烟支编号，单支烟填充值、单支烟重量、水分、单支烟圆周到移位寄存器，本实例中单支烟填充值、单支烟重量、水分、单支烟圆周值的中心值及允许范围见图2。此时，所记录的烟支编号是SE处的烟支编号，该烟支进入MAX后，最终记录的将是MAX的烟支编号，而MAX的烟支编号则由MAX的机器脉冲产生，MAX机器的同步脉冲使用720线编码器产生，代表MAX机器主轴每完整旋转一圈，编码器产生720个脉冲，代表36支烟，即每20个脉冲代表MAX机器内部的一支烟，SE机器和MAX机器之间使用高速同步信号进行脉冲同步，这样处理的作用是：SE的烟支编号就能够转化为最终的MAX处的烟支的编号。

步骤4)监视MAX处的烟支存在信号；

该信号是为了精确实现本发明所特加的一个信号，同样也可使用SICK品牌光电管。该信号的目的是使得进入MAX烟支检测系统HJY-CIS不要一直使能。因为，SE的烟支进入MAX后，在到达HJY-CIS之前，还有数个工位有进行剔除(如取样、中位剔除等)，所以如果HJY-CIS一直处于使能状态，会产生大量的错误信号、计数及烟支状态，这会使得本发明所述及的方法精确性降低。另外一种处理方式是使用该传感器信号来进行数据筛选，当该信号为1时，是有效数据，当该信号为0时，是无效数据。

步骤5)填入当前时刻烟支对应的端头烟丝密度、光学外观检测电压值、气密性、通风度、吸阻、视觉外观检测值；

当步骤4中的烟支信号上升沿产生后，则向移位寄存器逐支填入MAX烟支检测系统HJY-CIS所检测出单支烟的端头烟丝密度(空头)、光学外观检测器的电压值、气密性检测器检测值(又称密封度、漏气值)、通风度检测器、吸阻检测器、视觉外观检测值。本实例中HJY-CIS检测器所有检测值的所有中心值及允许范围见图3。

步骤6)当烟支到达MAX出口时，该状态通过烟支出口传感器表征，当该传感器有上升沿信号时，逐支填入烟支轨道号、时间戳、烟支状态；

烟支经过HJY-CIS系统后，会有烟支剔除工位，将经过HJY-CIS检测器的且不符合质量要求的烟支进行剔除，剔除原因会有多种，我们使用一个16进制数来表示烟支的剔除原因。当经过剔除工位后，烟支到达出口工位，此时有1个烟支出口传感器，同样采用SICK品牌光电管，该光电管出现上升沿信号后，代表已经有1支烟完全离开烟支卷制工序，进入包装工序，也就意味着这是一支烟支卷纸过程质量合格的烟支。此时，在上升沿信号发生时，我们就逐支填入烟支轨道号、时间戳、烟支状态，并形成完整的一支烟的数据寄存器。烟支状态的解释请见图5。

步骤7)将上述所有逐支数据存入预置的结构数据组中进行缓存；

将每个单支烟数据放入快速控制核心的缓存中，缓存设定为1000组。设定缓存的原因为，每个单支烟数组形成的时间周期约为10ms以内，而当前工业控制系统管理层主流信息系统向设备层进行数据采集的最快频次一般也只能到数百ms的等级，因此必须设定缓存。

步骤8)当缓存存满后，写入数据库文件，进行压缩，并开始下一循环。

示例性地，缓存设定的数量为1000组。按照ZJ17E的最大生产速度(7000支/分钟，8.6ms/支)，缓存存满时间约为9秒，缓存大小约为，以每支烟数据为240个字节(包含预留)，则缓存大小为240*1000＝240000字节，约为235KB，压缩后约为200KB/1000支。

以每班7小时不间断生产计算，每班所产生的数量大小为＝7小时*60分钟/小时*7000支/分钟*1400KB/7000支，约为575MB，即在7小时内要完成575MB的数据传输，这对于管理层信息系统来说是完全可以处理的。

为方便更进一步地理解本发明的方法和目的，最终数据示例请见图6，配合图3-图5，作相应解释如下：

实例数据截图见附图6。

本次数据实例，总共包含10万支烟，实例车速为4200支/分钟，总共生产约100000/4400＝23.8分钟。其中截取460ms(最末时间点-最前时间点)时间跨度的数据，总共包含32支烟。则每支烟为460/32＝14.375，从车速理论计算每支烟为：当车速为4200支/分钟时，平均每支烟耗时60000/4200＝14.29ms，两者基本一致。数据实例中每2支烟时间戳一致的原因是，SE有2支烟是一起切割的，然后进入到MAX再进行分离(这是所有卷烟机的一致工艺流)，所以每2支烟时间戳我们打的是一致的。

整个数据组包含了SE的重量和圆周数据，实例中心值及允差见附图2，MAX的HJY-CIS检测系统数据，实例中心值及允差间附图3。

为使得产品优化、工艺能力优化、过程质量控制的分析能够更加精准，我们需要对烟支进行状态标记，标记方法见图4和图5。用1个WORD来表示烟支状态，每个WORD包含16个Bits,从0～15个bit分别以0和1来表示。当无缺陷时，用0表示，当某1个缺陷存在时，用1表示。以图3为例，举例说明(最右边为第0位bit)：当SE处有前轨过轻，则这个WORD用2进制表示为：0000 0000 0000 0001，等价于10进制的1；当SE处有后轨过重时，则这个WORD用2进制表示未：0000 0010 0000 0000，等价于10进制的512。同样的MAX_CIS的前轨和后轨的烟分别各用1个WORD来表示其状态，表征方法同上。

最后对实施例的部分截取数据中的异常数据作解释，质量数据只为技术人员更好地理解本发明的目的与技术方案：

1)烟支序号为410号的烟支，是后轨烟，缺陷是空头，根据编码规则，MAX_CIS后轨0000 0000 0000 0001，十进制表示为1；

2)烟支序号为421号的烟支，是前轨烟，缺陷是光学外观检测不合格，根据编码规则，MAX_CIS后轨0000 0000 0000 0100，十进制表示为4；

3)烟支序号为422号的烟支，是后轨烟，缺陷是空头，根据编码规则，MAX_CIS后轨0000 0000 0000 0001，十进制表示为1；

4)烟支序号为425号的烟支，是前轨烟，缺陷是圆周和视觉外观，根据编码规则，SE_SRM_ODIM 1000 0000 000 0000，十进制表示为32768；MAX_CIS后轨0000 0000 00100000，十进制表示为32；

5)烟支序号为428号的烟支，是后轨烟，缺陷是过轻，根据编码规则，M SE_SRM_ODIM 0000 0000 000 0001，十进制表示为1；

6)烟支序号为429号的烟支，是前轨烟，缺陷是吸阻太大，根据编码规则，MAX_CIS前轨0000 0000 0001 0000，十进制表示为16；

7)烟支序号为430号的烟支，是后轨烟，此时B8M筛选位是0，代表烟支在进入MAX_CIS前已经被剔除，所以MAX_CIS的检测数据全部为0，；

8)烟支序号为438号的烟支，是后轨烟，缺陷是通风度太大和漏气，根据编码规则，MAX_CIS前轨0000 0000 0000 1010，十进制表示为10。

以上是对本实施例中极小部分示例数据的说明，具体数据不代表任何产品信息，本说明以解释本发明的技术方案，本方案的另外一个主要优点是：在本发明的技术架构下，可以以极低的质量成本，实现卷烟产品关键物理及外观质量指标的全数检验。

Claims (7)

1.一种烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤1）根据卷烟过程质量特性，建立移位寄存器；

步骤2）持续监视机器同步脉冲及SE到MAX的烟支交接信号；SE指的是烟丝成条机，MAX指的是滤嘴和烟条接装机；

步骤 3）当机器有同步脉冲并有SE到MAX的烟支交接信号存在时，表明其已经进入下一流程，可以开始逐支填入当前时刻烟支对应的其在SE时的烟支编号、单支烟填充值、单支烟重量、水分、单支烟圆周值到移位寄存器中；

步骤4）当烟支在MAX部位中继续流转时，持续监视MAX烟支检测系统烟支存在检测器；

步骤5）当该烟支存在检测器信号有上升沿时，表征MAX烟支检测系统必定会有烟支进入，则向移位寄存器逐支填入MAX烟支检测系统所检测出单支烟的端头烟丝密度、光学外观检测的电压值、气密性、通风度、吸阻、视觉外观检测值；

步骤6）当烟支到达MAX出口时，该状态通过烟支出口传感器表征，当该传感器有上升沿信号时，逐支填入烟支轨道号、时间戳、烟支状态；

步骤7）将上述所有逐支数据存入预置的结构数据组中进行缓存；

步骤8）当缓存存满后，写入数据库文件，进行压缩，并开始下一循环。

2.根据权利要求1所述的烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法：所述的烟支卷制过程适用于ZJ17E卷接机，该ZJ17E卷接机配置有烟支圆周检测器、烟支重量检测器、MAX烟支检测系统。

3.根据权利要求2所述的烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法，其特征在于：根据ZJ17E卷接机的在线直接和间接质量传感器的配置情况，建立移位寄存器。

4.根据权利要求1所述的烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法，其特征在于：所述步骤3）中记录的烟支编号为SE处的烟支编号，在SE和MAX之间使用高速同步信号进行脉冲同步。

5.根据权利要求1所述的烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法，其特征在于：所述步骤4）的烟支存在检测器使用光电管。

6.根据权利要求1所述的烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法，其特征在于：所述烟支出口传感器为光电管。

7.根据权利要求1 所述的烟支卷制过程在线单支质量实时数据逐支同步的方法，其特征在于：所述步骤2）中的烟支交接信号通过光电管检测获得。

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