CN111000280A - 一种卷烟机梗签剔除在线计量监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种卷烟机梗签剔除在线计量监测系统。系统包括：测力传感器、高精度放大器、模数转化模块、PLC运算控制器、步进驱动器、步进电机、皮带传动机构、声光报警器、工业网络交换机、触摸屏、RJ45连接器。依据触摸屏的设定参数产生PTO驱动脉冲，传输至步进驱动器进行放大与整形，驱动步进电机进行精准转动；加载物料重量扣除皮重计算当前皮带上的物料净重；PLC运算控制器计算一秒时间流过的物料质量，结合设定的工艺参数范围进行监测预警。与传统采用单片机的控制器，变频器加交流电机，加编码器的方式相比，可靠性与稳定性都有很大的提高，体积与重量都大幅度缩小，控制方法更容易，精度也更高，实现了微型化应用的需求。

Description

一种卷烟机梗签剔除在线计量监测系统

技术领域

本发明属于烟草技术领域，尤其涉及一种卷烟机梗签剔除在线计量监测系统。

背景技术

梗签进入烟支，容易刺破卷烟纸，对烟支燃吸状态和品质提升不利，为此，卷烟机设计有梗签剔除装置。卷烟企业为提高产品品质，要求在烟支的卷制过程中，对烟支中烟丝梗签含量比例有严格的要求，实现的途径就是通过卷烟机梗签风选装置调整，控制卷烟机梗签剔除比例。但是，当前设备上缺乏一种实时计量监测装置来监测和计量梗签剔除的比例或流量。现行的监管办法是质检员巡回抽查、人工计量，一则工作量大，二则抽查仅反映短时状态，容易引起与操作工的矛盾，三则，不能实时监控，容易导致要么剔除比例过小，影响质量，要么剔除比例过大，增加制造成本，增加无谓的消耗。因此，烟厂急需开发一种可实现卷烟机梗签剔除在线计量

目前，国内生产电子皮带秤的厂家很多，动态测量的量程范围覆盖很广，大的有几百吨，小的几十公斤，专业为烟草行业生产电子皮带秤的厂家也有几家，如中船公司的707所。通过查询许多制造厂商，最小的量程都在10公斤及以上，最好的精度也在100克以上。市场也有销售高精度静态测量的电子秤，精度也很高，可达到0.1克，但只能进行静态测量，无法一边测量物料质量，一边输送物料，无法实现高精度的连续动态测量应用，也无法进行在线实时显示和警告，远远不能满足烟厂对梗签在线监测计量的需要。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种卷烟机梗签剔除在线计量监测系统，能对卷接机台梗签剔除量进行实时测量显示，有助于设备操作人员调整和质检人员现场检查考核。

本发明系统的技术方案为一种卷烟机梗签剔除在线计量监测系统，其特征在于，包括：

测力传感器、高精度放大器、模数转化模块、PLC运算控制器、步进驱动器、步进电机、皮带传动机构、声光报警器、工业网络交换机、触摸屏、RJ45连接器；

所述的测力传感器、高精度放大器、组成模数转化模块、PLC运算控制器通过RS485通信的方式依次串联连接；所述的PLC运算控制器、细分驱动器、步进电机、皮带传动机构组成机械传动系统，通过有线方式依次串联连接；所述的PLC运算控制器与所述的声光报警器通过有线方式连接；所述的PLC运算控制器、工业网络交换机、触摸屏依次通过所述RJ45连接器通过组网方式连接。

作为优选，所述测力传感器将重量信号，转变成微弱的毫伏级电压信号，重量电压信号送往所述高精度放大器；所述高精度放大器对重量电压信号进行滤波与整形放大，根据事前设定的标定量程，在放大器中进行比例转换等等相应的转换运算，将重量电压信号转换为重量数字信号，得到当前皮带上的物料质量值，然后通过Modbus RTU通信方式，放大器将转换后的数据送往PLC运算控制器进行处理。

作为优选，所述彩色触摸屏以TCP/IP协议的方式，通过所述工业以太网交换机与所述PLC运算控制器链接，进行运算控制参数的设定与传送，实时显示所述PLC运算控制器传输的瞬时流量值数据；

作为优选，所述PLC运算控制器，RJ45以太网接口支持西门子的S7通信协议，TCP/IP协议，Modbus RTU协议；

作为优选，所述的卷烟机梗签剔除在线计量监测系统底座采用空气阻尼隔振器，减小外部振动对计量测量的影响；

本发明方法的技术方案为一种卷烟机梗签剔除在线计量监测方法，具体为：

步骤1：所述PLC运算控制器依据所述触摸屏的设定参数产生PTO驱动脉冲，将PTO驱动脉冲传输至所述步进驱动器进行放大与整形，驱动所述步进电机进行精准转动；

步骤2：通过皮带自身重量以及物料重量计算当前皮带上的物料净重；

步骤3：所述PLC运算控制器根据当前皮带电机速度信号值、当前物料的净重、皮带的运行速度计算质量与速度的运算积累加，进一步根据物料入口位置校正的计算系数，计算一秒时间流过的物料质量，结合设定的工艺参数范围进行监测预警；

作为优选，步骤1中所述设定参数为：

V1，Q1，P1；

其中，V1为速度设定值，Q1为驱动器的细分数，P1为传动皮带移动一毫米所需要的脉冲个数；

步骤1中所述产生PTO驱动脉冲为：

脉冲发生器应该产生的频率为：

F1＝V1*P1*Q1

所述PLC运算控制器通过内部脉冲发生器，产生频率为F1，占空比为50％的PTO驱动脉冲；

作为优选，步骤2中所述皮带自身重量计算过程为：

称重开始前，系统要进行皮重测量，所述PLC运算控制器通过所述测力传感器进行皮带自身重量的测量计算，并将皮重的测量结果W1，存储在所述PLC运算控制器的内部EEPROM中；

步骤2中所述物料重量计算过程为：

进行物料测重时，所述PLC运算控制器每100毫秒采集当前所述测力传感器测量的物料重量W2；

步骤2中所述当前皮带上的物料净重计算方法为：

Wt＝W2-W1

其中，Wt为当前皮带上的物料净重，即t时刻皮带上的物料净重；

作为优选，步骤3中所述PLC运算控制器根据当前皮带电机速度信号值、当前物料的净重、皮带的运行速度计算质量与速度的运算积累加为：

∑M＝∫(Wt*Vt)dt

其中，Vt为所述PLC运算控制器读取当前皮带电机速度信号值，Wt为当前物料的净重，M为当前皮带电机速度信号值与当前物料的净重的运算积累加；

步骤3中所述根据物料入口位置校正的计算系数，计算一秒时间流过的物料质量具体为：

M除以累加次数，求一秒钟内的质量速度平均码值，然后乘以物料入口位置校正的计算系数，具体为：

Mp＝K1*M/N

其中，K1是物料入口位置校正的计算系数，N为累加次数,Mp是一秒时间流过的物料质量，也就是所述测力传感器上的瞬时流量值；

步骤3中所述结合设定的工艺参数范围进行监测预警为：

所述工艺参数范围为：[min,max]

若Mp超过[min,max]时，所述PLC运算控制器控制所述声光报警器报警，以提醒操作人员注意。

本发明优点在于：

本发明是为解决烟草行业应用中梗签动态测量计重中，遇到的小量程高精度的计量难题；

鉴于动态的量程大，精度低，静态的精度高，但不能进行动态测量的两难困境，本发明针对这个空缺，进行必要的补充，满足企业生产过程中对品质控制的要求，填补这个领域的空白；

24位高精度的A/D转换放大器，精度可达1/300000；

支持多种主流的通信协议，为工业企业实现信息化改造，提供基础性的数据支持；

整个系统底座采用空气阻尼隔振器，减小外部振动对计量测量的影响。

附图说明

图1：本发明结构框图。

图2：本发明方法流程图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

下面结合图1以及图2介绍本发明的具体实施方式。图1为本发明的一种卷烟机梗签剔除在线计量监测系统，其特征在于，包括：

测力传感器、高精度放大器、模数转化模块、PLC运算控制器、步进驱动器、步进电机、皮带传动机构、声光报警器、工业网络交换机、触摸屏、RJ45连接器；

所述的测力传感器、高精度放大器、组成模数转化模块、PLC运算控制器通过RS485通信的方式依次串联连接；所述的PLC运算控制器、细分驱动器、步进电机、皮带传动机构组成机械传动系统，PLC运算控制器与的声光报警器连接；PLC运算控制器、工业网络交换机、触摸屏通过RJ45连接器组网方式连接。

所述测力传感器将重量信号，转变成微弱的毫伏级电压信号，重量电压信号送往所述高精度放大器；所述高精度放大器对重量电压信号进行滤波与整形放大，根据事前设定的标定量程，在放大器中进行比例转换等等相应的转换运算，将重量电压信号转换为重量数字信号，得到当前皮带上的物料质量值，然后通过Modbus RTU通信方式，放大器将转换后的数据送往PLC运算控制器进行处理。

所述触摸屏以TCP/IP协议的方式，通过所述工业以太网交换机与所述PLC运算控制器链接，进行运算控制参数的设定与传送，实时显示所述PLC运算控制器传输的瞬时流量值数据；

所述PLC运算控制器，RJ45以太网接口支持西门子的S7通信协议，TCP/IP协议，Modbus RTU协议；

所述的卷烟机梗签剔除在线计量监测系统底座采用空气阻尼隔振器，减小外部振动对计量测量的影响。

所述测力传感器选型为：HBMPW6D所述高精度放大器选型为：Belko Wt01：所述PLC运算控制器选型为：S7-200 SMART CPU ST20所述步进驱动器选型为DM422：所述步进电机选型为：42CM06所述皮带传动机构选型为：自主设计，DHS-2000；所述声光报警器选型为：AD16-22SM所述工业网络交换机选型为：所述触摸屏选型为：SMART 700IE V3。

下面结合图1以及图2，介绍本发明的具体实施方式为一种卷烟机梗签剔除在线计量监测方法，具体为：

步骤1：所述PLC运算控制器依据所述触摸屏的设定参数产生PTO驱动脉冲，将PTO驱动脉冲传输至所述步进驱动器进行放大与整形，驱动所述步进电机进行精准转动；；

步骤1中所述设定参数为：

V1，Q1，P1；

其中，V1为速度设定值，Q1为驱动器的细分数，P1为传动皮带移动一毫米所需要的脉冲个数；

步骤1中所述产生PTO驱动脉冲为：

脉冲发生器应该产生的频率为：

F1＝V1*P1*Q1

所述PLC运算控制器通过内部脉冲发生器，产生频率为F1，占空比为50％的PTO驱动脉冲；

步骤2：通过皮带自身重量以及物料重量计算当前皮带上的物料净重；

步骤2中所述皮带自身重量计算过程为：

称重开始前，系统要进行皮重测量，所述PLC运算控制器通过所述测力传感器进行皮带自身重量的测量计算，并将皮重的测量结果W1，存储在所述PLC运算控制器的内部EEPROM中；

步骤2中所述物料重量计算过程为：

进行物料测重时，所述PLC运算控制器每100毫秒采集当前所述测力传感器测量的物料重量W2；

步骤2中所述当前皮带上的物料净重计算方法为：

Wt＝W2-W1

其中，Wt为当前皮带上的物料净重，即t时刻皮带上的物料净重；

步骤3：所述PLC运算控制器根据当前皮带电机速度信号值、当前物料的净重、皮带的运行速度计算质量与速度的运算积累加，进一步根据物料入口位置校正的计算系数，计算一秒时间流过的物料质量，结合设定的工艺参数范围进行监测预警；

步骤3中所述PLC运算控制器根据当前皮带电机速度信号值、当前物料的净重、皮带的运行速度计算质量与速度的运算积累加为：

∑M＝∫(Wt*Vt)dt

其中，Vt为所述PLC运算控制器读取当前皮带电机速度信号值，Wt为当前物料的净重，M为当前皮带电机速度信号值与当前物料的净重的运算积累加；

步骤3中所述根据物料入口位置校正的计算系数，计算一秒时间流过的物料质量具体为：

M除以累加次数，求一秒钟内的质量速度平均码值，然后乘以物料入口位置校正的计算系数，具体为：

Mp＝K1*M/N

其中，K1是物料入口位置校正的计算系数，N＝10为累加次数,Mp是一秒时间流过的物料质量，也就是所述测力传感器上的瞬时流量值；

步骤3中所述结合设定的工艺参数范围进行监测预警为：

所述工艺参数范围为：[min,max]，min＝70g/min，max＝90g/min；

若Mp超过[min,max]时，所述PLC运算控制器控制所述声光报警器报警，以提醒操作人员注意。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种卷烟机梗签剔除在线计量监测系统，其特征在于，包括：

测力传感器、高精度放大器、模数转化模块、PLC运算控制器、步进驱动器、步进电机、皮带传动机构、声光报警器、工业网络交换机、触摸屏、RJ45连接器；

所述的测力传感器、高精度放大器、组成模数转化模块、PLC运算控制器通过RS485通信的方式依次串联连接；所述的PLC运算控制器、细分驱动器、步进电机、皮带传动机构组成机械传动系统，通过有线方式依次串联连接；所述的PLC运算控制器与所述的声光报警器通过有线方式连接；所述的PLC运算控制器、工业网络交换机、触摸屏依次通过所述RJ45连接器通过组网方式连接；

所述测力传感器将重量信号，转变成微弱的毫伏级电压信号，重量电压信号送往所述高精度放大器；所述高精度放大器对重量电压信号进行滤波与整形放大，根据事前设定的标定量程，在放大器中进行比例转换等等相应的转换运算，将重量电压信号转换为重量数字信号，得到当前皮带上的物料质量值，然后通过Modbus RTU通信方式，放大器将转换后的数据送往PLC运算控制器进行处理；

所述彩色触摸屏以TCP/IP协议的方式，通过所述工业以太网交换机与所述PLC运算控制器链接，进行运算控制参数的设定与传送，实时显示所述PLC运算控制器传输的瞬时流量值数据；

所述PLC运算控制器，RJ45以太网接口支持西门子的S7通信协议，TCP/IP协议，ModbusRTU协议；

所述的卷烟机梗签剔除在线计量监测系统底座采用空气阻尼隔振器，减小外部振动对计量测量的影响。

2.一种利用权利要求1所述的卷烟机梗签剔除在线计量监测系统进行卷烟机梗签剔除在线计量监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：所述PLC运算控制器依据所述触摸屏的设定参数产生PTO驱动脉冲，将PTO驱动脉冲传输至所述步进驱动器进行放大与整形，驱动所述步进电机进行精准转动；

步骤2：通过皮带自身重量以及物料重量计算当前皮带上的物料净重；

步骤3：所述PLC运算控制器根据当前皮带电机速度信号值、当前物料的净重、皮带的运行速度计算质量与速度的运算积累加，进一步根据物料入口位置校正的计算系数，计算一秒时间流过的物料质量，结合设定的工艺参数范围进行监测预警。

3.根据权利要求2所述的卷烟机梗签剔除在线计量监测方法，其特征在于：步骤1中所述设定参数为：

V1，Q1，P1；

其中，V1为速度设定值，Q1为驱动器的细分数，P1为传动皮带移动一毫米所需要的脉冲个数；

步骤1中所述产生PTO驱动脉冲为：

脉冲发生器应该产生的频率为：

F1＝V1*P1*Q1

所述PLC运算控制器通过内部脉冲发生器，产生频率为F1，占空比为50％的PTO驱动脉冲。

4.根据权利要求2所述的卷烟机梗签剔除在线计量监测方法，其特征在于：

步骤2中所述皮带自身重量计算过程为：

称重开始前，系统要进行皮重测量，所述PLC运算控制器通过所述测力传感器进行皮带自身重量的测量计算，并将皮重的测量结果W1，存储在所述PLC运算控制器的内部EEPROM中；

步骤2中所述物料重量计算过程为：

进行物料测重时，所述PLC运算控制器每100毫秒采集当前所述测力传感器测量的物料重量W2；

步骤2中所述当前皮带上的物料净重计算方法为：

Wt＝W2-W1

其中，Wt为当前皮带上的物料净重，即t时刻皮带上的物料净重。

5.根据权利要求2所述的卷烟机梗签剔除在线计量监测方法，其特征在于：

步骤3中所述PLC运算控制器根据当前皮带电机速度信号值、当前物料的净重、皮带的运行速度计算质量与速度的运算积累加为：

∑M＝∫(Wt*Vt)dt

其中，Vt为所述PLC运算控制器读取当前皮带电机速度信号值，Wt为当前物料的净重，M为当前皮带电机速度信号值与当前物料的净重的运算积累加；

步骤3中所述根据物料入口位置校正的计算系数，计算一秒时间流过的物料质量具体为：

M除以累加次数，求一秒钟内的质量速度平均码值，然后乘以物料入口位置校正的计算系数，具体为：

Mp＝K1*M/N

其中，K1是物料入口位置校正的计算系数，N为累加次数,Mp是一秒时间流过的物料质量，也就是所述测力传感器上的瞬时流量值；

步骤3中所述结合设定的工艺参数范围进行监测预警为：

所述工艺参数范围为：[min,max]

若Mp超过[min,max]时，所述PLC运算控制器控制所述声光报警器报警，以提醒操作人员注意。

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