CN112071152A - 一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，包括：监控计算机、工业控制计算机、伺服驱动装置、控制信号装置和机械运动装置；监控计算机、工业控制计算机和伺服驱动装置通过以太网形成工业局域网，工业控制计算机与控制信号装置信号连接，所述控制信号装置用于采集或模拟电气控制信号，工业控制计算机根据电气控制信号发送控制指令给伺服驱动装置和监控计算机；伺服驱动装置与机械运动装置信号连接，伺服驱动装置根据电气控制信号控制机械运动装置进行运动；监控计算机运行有人机界面监控软件。本发明能提高设备管理和维护的效率，提高操作人员的便捷性和安全性。

Description

一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台

技术领域

本发明涉及卷烟包装设备电气控制技术领域，尤其涉及一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台。

背景技术

随着烟草行业新产品和现有设备技术升级改造的完成，大量高新设备代替了传统设备，极大的提高了烟草设备的自动化控制水平和生产能力。当前我国的卷烟包装设备的电气控制技术，已经从最早的电路板控制技术，到主流的PLC控制技术，再到目前广泛使用的基于IPC(工业控制计算机)的控制技术。新技术的大量应用，对烟草行业设备管理和维护提出了更高的要求，为提高烟机设备维修人员的技术能力，需要设计一种仿真实训平台对从业人员进行岗前或者定期培训，以提升维修人员的素质能力和技术水平。

发明内容

本发明提供一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，解决现有卷烟包装设备的电气控制管理、维护和培训不能进行仿真实训的问题，能提高设备管理和维护的效率，提高操作人员的便捷性和安全性。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，包括：监控计算机、工业控制计算机、伺服驱动装置、控制信号装置和机械运动装置；

所述监控计算机、所述工业控制计算机和所述伺服驱动装置通过以太网形成工业局域网，以实现数据交互；

所述工业控制计算机与所述控制信号装置信号连接，所述控制信号装置用于采集或模拟电气控制信号，所述工业控制计算机根据所述电气控制信号发送控制指令给所述伺服驱动装置和所述监控计算机；

所述伺服驱动装置与所述机械运动装置信号连接，所述伺服驱动装置根据所述电气控制信号控制所述机械运动装置进行运动；

所述监控计算机运行有人机界面监控软件，操作人员通过人机界面监控软件对所述工业控制计算和所述伺服驱动装置进行人机交互式现场总线控制。

优选的，所述监控计算机设置有实训平台，所述实训平台用于对所述控制信号装置和所述机械运动装置进行配置仿真，以实现卷烟包装设备的电气控制及运行的实验和演示。

优选的，所述实训平台包括：电气实训监控平台、平台电气控制模块、伺服及变频传动模块和实验实训演示模块；

所述电气实训监控平台用于显示所述控制信号装置和所述机械运动装置的运行状态和仿真结果；

所述平台电气控制模块用于模拟仿真所述控制信号装置；

所述伺服及变频传动模块用于模拟仿真所述机械运动装置；

所述实验实训演示模块用于对模拟仿真实例进行演示。

优选的，所述机械运动装置包括：盒烟循环运动装置、盒烟剔除装置、烟纸收放卷传动装置和盘纸拼接装置；

所述盒烟循环运动装置与所述伺服驱动装置信号连接，用于控制伺服电机转速，以实现盒烟运转速度；

所述盒烟剔除装置与所述伺服驱动装置信号连接，用于控制剔除机械手，以剔除废品盒烟；

所述烟纸收放卷传动装置与所述伺服驱动装置信号连接，用于控制收卷电机的正反转，以实现烟纸的收放卷循环。

优选的，所述控制信号装置包括：盒烟定位传感器、纸张力传感器和盒烟识别传感器；

所述盒烟定位传感器与所述工业控制计算机信号连接，用于检测盒烟位置信号，所述工业控制计算机根据所述盒烟位置信号发送盒烟循环运动指令，所述伺服驱动装置根据所述盒烟循环运动指令控制所述盒烟循运动装置进行运动；

所述盒烟识别传感器与所述工业控制计算机信号连接，用于识别盒烟是否合格，如果不合格，则所述工业控制计算机发送剔除指令，所述伺服驱动装置根据所述剔除指令控制所述盒烟剔除装置将不合格盒烟剔除；

所述纸张力传感器与所述工业控制计算机信号连接，用于检测烟纸的张力测量值，所述工业控制计算机根据所述张力测量值发送烟纸收放指令，所述伺服驱动装置根据所述烟纸收放指令控制所述烟纸收放卷传动装置的动作，以对烟纸的张力进行调整，及收放卷循环。

优选的，所述控制信号装置还包括：模拟信号源；

所述工业控制计算机通过总线接收到所述监控计算机的人机界面发送出的盘纸拼接模拟指令时，控制所述模拟信号源模拟生成盘纸拼接的脉冲信号，并根据所述脉冲信号模拟生成盘纸拼接电气信号，所述监控计算机根据所述盘纸拼接电气信号进行盘纸拼接的动态演示。

优选的，所述工业控制计算机接收到烟机烙铁温度控制模拟指令时，控制所述模拟信号源模拟生成烙铁温度信号，并根据所述温度信号进行PID温度控制仿真，所述监控计算机根据PID温度控制仿真结果进行温度曲线绘制并显示。

优选的，所述工业控制计算机接收到烟支漏气模拟指令时，控制所述模拟信号源模拟生成模拟卷烟机组的同步轮信号、漏气传感器信号和凹槽同步脉冲信号，所述监控计算机根据所述同步轮信号、所述漏气传感器信号和所述凹槽同步脉冲信号模拟卷烟机漏气检测现场环境，并对烟支漏气检测和帽盖检测进行动画演示。

优选的，所述工业控制计算机为PLC控制器。

优选的，还包括：操作台；

所述操作台集成有电源、总线接口、端子排、继电器和接触器，以便所述监控计算机、所述工业控制计算机和所述伺服驱动装置组成工业现场总线连接网络。

本发明提供一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，采用监控计算机通过以太网络对工业控制计算机与控制信号装置的控制信号，及伺服驱动装置与机械传动装置的控制动作，进行实训平台模拟仿真，解决现有卷烟包装设备的电气控制管理、维护和培训不能进行仿真实训的问题，能提高设备管理和维护的效率，提高操作人员的便捷性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1：是本发明提供的一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台的硬件结构示意图；

图2：是本发明提供的一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台的功能模块示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

针对当前卷烟包装设备的电气控制管理、维护和培训不能进行仿真实训的问题，本发明提供一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，采用监控计算机通过以太网络对工业控制计算机与控制信号装置的控制信号，及伺服驱动装置与机械传动装置的控制动作，进行实训平台模拟仿真，解决现有卷烟包装设备的电气控制管理、维护和培训不能进行仿真实训的问题，能提高设备管理和维护的效率，提高操作人员的便捷性和安全性。

如图1所示，一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，包括：监控计算机、工业控制计算机、伺服驱动装置、控制信号装置和机械运动装置。所述监控计算机、所述工业控制计算机和所述伺服驱动装置通过以太网形成工业局域网，以实现数据交互。所述工业控制计算机与所述控制信号装置信号连接，所述控制信号装置用于采集或模拟电气控制信号，所述工业控制计算机根据所述电气控制信号发送控制指令给所述伺服驱动装置和所述监控计算机。所述伺服驱动装置与所述机械运动装置信号连接，所述伺服驱动装置根据所述电气控制信号控制所述机械运动装置进行运动。所述监控计算机运行有人机界面监控软件，操作人员通过人机界面监控软件对所述工业控制计算和所述伺服驱动装置进行人机交互式现场总线控制。

具体地，整个平台是以计算机作为系统的数据处理显示平台，基于工业控制计算机IPC和伺服驱动装置为基本框架，通过EtherCAT工业以太网实现IPC与伺服驱动装置和变频器的通讯。该平台利用各种传感器监控机械运动装置的运行状态，并通过监控计算机设置参数调整实现实训平台的运动控制。平台通过EtherCAT工业以太网接收监控计算机或IPC的运动控制命令，实现人机交互式现场总线控制。能解决现有卷烟包装设备的电气控制管理、维护和培训不能进行仿真实训的问题，提高设备管理和维护的效率，提高操作人员的便捷性和安全性。

进一步，所述监控计算机设置有实训平台，所述实训平台用于对所述控制信号装置和所述机械运动装置进行配置仿真，以实现卷烟包装设备的电气控制及运行的实验和演示。

如图2所示，所述实训平台包括：电气实训监控平台、平台电气控制模块、伺服及变频传动模块和实验实训演示模块。所述电气实训监控平台用于显示所述控制信号装置和所述机械运动装置的运行状态和仿真结果。所述平台电气控制模块用于模拟仿真所述控制信号装置。所述伺服及变频传动模块用于模拟仿真所述机械运动装置。所述实验实训演示模块用于对模拟仿真实例进行演示。

在实际应用中，实训平台实现的功能如图2所示，通过监控平台的人机界面监控软件、伺服嵌入式软件、IPC嵌入式软件等，完成对IPC控制器及输入输出模块、伺服驱动装置和伺服电机配置和编程，实现盒烟循环及剔除、卷烟纸收放卷、烟支漏气检测、烙铁温度PID检测控制和盘纸拼接等实例演示。

所述机械运动装置包括：盒烟循环运动装置、盒烟剔除装置、烟纸收放卷传动装置和盘纸拼接装置。所述盒烟循环运动装置与所述伺服驱动装置信号连接，用于控制伺服电机转速，以实现盒烟运转速度。所述盒烟剔除装置与所述伺服驱动装置信号连接，用于控制剔除机械手，以剔除废品盒烟。所述烟纸收放卷传动装置与所述伺服驱动装置信号连接，用于控制收卷电机的正反转，以实现烟纸的收放卷循环。

所述控制信号装置包括：盒烟定位传感器、纸张力传感器和盒烟识别传感器。所述盒烟定位传感器与所述工业控制计算机信号连接，用于检测盒烟位置信号，所述工业控制计算机根据所述盒烟位置信号发送盒烟循环运动指令，所述伺服驱动装置根据所述盒烟循环运动指令控制所述盒烟循运动装置进行运动。所述盒烟识别传感器与所述工业控制计算机信号连接，用于识别盒烟是否合格，如果不合格，则所述工业控制计算机发送剔除指令，所述伺服驱动装置根据所述剔除指令控制所述盒烟剔除装置将不合格盒烟剔除。所述纸张力传感器与所述工业控制计算机信号连接，用于检测烟纸的张力测量值，所述工业控制计算机根据所述张力测量值发送烟纸收放指令，所述伺服驱动装置根据所述烟纸收放指令控制所述烟纸收放卷传动装置的动作，以对烟纸的张力进行调整，及收放卷循环。

具体地，盒烟循环与剔除主要以嵌入式PC作为控制器，以伺服驱动装置作为运动控制器，支持EtherCAT工业以太网通讯方式，通过总线通信将控制器与伺服系统连接，控制伺服电机转速，实现盒烟按照预设速度运转；在盒烟运转过程中，安装于该模块上部的盒烟识别传感器，能够实时扫描盒烟模盒，若发现废品盒烟时，实现剔除的功能。卷烟纸收放卷控制主要实现收放卷功能，根据纸张力信号对收卷电机速度进行微调，保持收放卷过程纸带的平稳，防止产生纸带堆积或拉断的情况；当收卷完成后，放卷可通过程序控制反转以实现收卷，以此实现收放卷循环。

所述控制信号装置还包括：模拟信号源。所述工业控制计算机通过总线接收到所述监控计算机的人机界面发送出的盘纸拼接模拟指令时，控制所述模拟信号源模拟生成盘纸拼接的脉冲信号，并根据所述脉冲信号模拟生成盘纸拼接电气信号，所述监控计算机根据所述盘纸拼接电气信号进行盘纸拼接的动态演示。

在实际应用中，盘纸拼接主要实现盘纸的拼接模拟功能。通过采集模拟信号源，模拟卷烟机运行过程中的在用盘纸、备用盘纸的速度脉冲信号，IPC系统通过处理这些信号，实现盘纸交换的动态演示。在上位机人机界面上，根据信源和IPC信号，可以通过3D动画实时显示出来。

进一步，所述工业控制计算机接收到烟机烙铁温度控制模拟指令时，控制所述模拟信号源模拟生成烙铁温度信号，并根据所述温度信号进行PID温度控制仿真，所述监控计算机根据PID温度控制仿真结果进行温度曲线绘制并显示。

在实际应用中，烟机烙铁温度PID检测控制主要实现卷包设备加热装置测温和PID控温的功能。通过总线通信与监控计算机人机界面通讯，对烟机烙铁温度模拟信号源，模拟卷包设备加热器温度信号，IPC系统通过处理信号源的温度模拟量信号，测量烙铁的温度，并与人机界面设定的温度进行比较，根据温度PID算法，控制模拟加热装置，以达到烙铁温度的检测和控制功能。人机界面能够实时测绘温度信号曲线，并通过图形形式显示出来。

更进一步，所述工业控制计算机接收到烟支漏气模拟指令时，控制所述模拟信号源模拟生成模拟卷烟机组的同步轮信号、漏气传感器信号和凹槽同步脉冲信号，所述监控计算机根据所述同步轮信号、所述漏气传感器信号和所述凹槽同步脉冲信号模拟卷烟机漏气检测现场环境，并对烟支漏气检测和帽盖检测进行动画演示。

所述工业控制计算机可采为PLC控制器。

该平台还包括：操作台；所述操作台集成有电源、总线接口、端子排、继电器和接触器，以便所述监控计算机、所述工业控制计算机和所述伺服驱动装置组成工业现场总线连接网络。

该平台将实际操作、实验、开发等功能集成一体，充分考虑实用性、先进性，采用模块化设计思想，针对不同的功能模块，可分别进行配置、实验和演示，整体设计合理，实现了总线技术—阀导控制应用、总线技术—伺服器控制应用、总线技术—变频器控制应用的综合实训，该平台有效促进了维修人员的素质能力和技术水平的提升。

可见，本发明提供一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，采用监控计算机通过以太网络对工业控制计算机与控制信号装置的控制信号，及伺服驱动装置与机械传动装置的控制动作，进行实训平台模拟仿真，解决现有卷烟包装设备的电气控制管理、维护和培训不能进行仿真实训的问题，能提高设备管理和维护的效率，提高操作人员的便捷性和安全性。

以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，其特征在于，包括：监控计算机、工业控制计算机、伺服驱动装置、控制信号装置和机械运动装置；

所述监控计算机、所述工业控制计算机和所述伺服驱动装置通过以太网形成工业局域网，以实现数据交互；

所述工业控制计算机与所述控制信号装置信号连接，所述控制信号装置用于采集或模拟电气控制信号，所述工业控制计算机根据所述电气控制信号发送控制指令给所述伺服驱动装置和所述监控计算机；

所述伺服驱动装置与所述机械运动装置信号连接，所述伺服驱动装置根据所述电气控制信号控制所述机械运动装置进行运动；

所述监控计算机运行有人机界面监控软件，操作人员通过人机界面监控软件对所述工业控制计算和所述伺服驱动装置进行人机交互式现场总线控制。

2.根据权利要求1所述的卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，其特征在于，所述监控计算机设置有实训平台，所述实训平台用于对所述控制信号装置和所述机械运动装置进行配置仿真，以实现卷烟包装设备的电气控制及运行的实验和演示。

3.根据权利要求2所述的卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，其特征在于，所述实训平台包括：电气实训监控平台、平台电气控制模块、伺服及变频传动模块和实验实训演示模块；

所述电气实训监控平台用于显示所述控制信号装置和所述机械运动装置的运行状态和仿真结果；

所述平台电气控制模块用于模拟仿真所述控制信号装置；

所述伺服及变频传动模块用于模拟仿真所述机械运动装置；

所述实验实训演示模块用于对模拟仿真实例进行演示。

4.根据权利要求3所述的卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，其特征在于，所述机械运动装置包括：盒烟循环运动装置、盒烟剔除装置、烟纸收放卷传动装置和盘纸拼接装置；

所述盒烟循环运动装置与所述伺服驱动装置信号连接，用于控制伺服电机转速，以实现盒烟运转速度；

所述盒烟剔除装置与所述伺服驱动装置信号连接，用于控制剔除机械手，以剔除废品盒烟；

所述烟纸收放卷传动装置与所述伺服驱动装置信号连接，用于控制收卷电机的正反转，以实现烟纸的收放卷循环。

5.根据权利要求4所述的卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，其特征在于，所述控制信号装置包括：盒烟定位传感器、纸张力传感器和盒烟识别传感器；

所述盒烟定位传感器与所述工业控制计算机信号连接，用于检测盒烟位置信号，所述工业控制计算机根据所述盒烟位置信号发送盒烟循环运动指令，所述伺服驱动装置根据所述盒烟循环运动指令控制所述盒烟循运动装置进行运动；

所述盒烟识别传感器与所述工业控制计算机信号连接，用于识别盒烟是否合格，如果不合格，则所述工业控制计算机发送剔除指令，所述伺服驱动装置根据所述剔除指令控制所述盒烟剔除装置将不合格盒烟剔除；

所述纸张力传感器与所述工业控制计算机信号连接，用于检测烟纸的张力测量值，所述工业控制计算机根据所述张力测量值发送烟纸收放指令，所述伺服驱动装置根据所述烟纸收放指令控制所述烟纸收放卷传动装置的动作，以对烟纸的张力进行调整，及收放卷循环。

6.根据权利要求5所述的卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，其特征在于，所述控制信号装置还包括：模拟信号源；

所述工业控制计算机通过总线接收到所述监控计算机的人机界面发送出的盘纸拼接模拟指令时，控制所述模拟信号源模拟生成盘纸拼接的脉冲信号，并根据所述脉冲信号模拟生成盘纸拼接电气信号，所述监控计算机根据所述盘纸拼接电气信号进行盘纸拼接的动态演示。

7.根据权利要求6所述的卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，其特征在于，所述工业控制计算机接收到烟机烙铁温度控制模拟指令时，控制所述模拟信号源模拟生成烙铁温度信号，并根据所述温度信号进行PID温度控制仿真，所述监控计算机根据PID温度控制仿真结果进行温度曲线绘制并显示。

8.根据权利要求7所述的卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，其特征在于，所述工业控制计算机接收到烟支漏气模拟指令时，控制所述模拟信号源模拟生成模拟卷烟机组的同步轮信号、漏气传感器信号和凹槽同步脉冲信号，所述监控计算机根据所述同步轮信号、所述漏气传感器信号和所述凹槽同步脉冲信号模拟卷烟机漏气检测现场环境，并对烟支漏气检测和帽盖检测进行动画演示。

9.根据权利要求1所述的卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，其特征在于，所述工业控制计算机为PLC控制器。

10.根据权利要求1所述的卷烟包装设备的电气控制仿真实训平台，其特征在于，还包括：操作台；

所述操作台集成有电源、总线接口、端子排、继电器和接触器，以便所述监控计算机、所述工业控制计算机和所述伺服驱动装置组成工业现场总线连接网络。

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