基于ipc卷烟机烟支重量控制及质量检测一体化装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及烟草行业工业过程控制和在线检测技术，具体涉及一种卷烟机组中利用IPC进行烟支重量控制及质量检测的一体化装置及方法。
【背景技术】
[0002]在卷烟的生产过程中，烟支的重量、空头、漏气、透气度、烟支外观等数据都是烟支生产过程中一个非常重要的工艺指标，这些指标决定着烟支的等级。特别是在当前，随着烟草设备的发展，烟厂生产能力已经满足现阶段需求，消费者对烟支了解程度的提升和维权意识的提高，烟支的质量就显得越来越重要，决定着一个烟草品牌的好坏，如何提高烟支在生产过程中的重量和质量的相关指标，就显得十分重要，成为每个卷烟厂下一步设备技术发展的方向。
[0003]当前卷烟设备上使用的重量控制系统和质量检测系统都是采用自研发电路板的方式来实现的，设计思路五花八门，各种各样，设备的互换性极差，对烟厂设备的维护造成十分的不便。这些设备大都是采用几十年前的技术来实现的，技术落后，稳定性差，故障率高，功能单一，满足不了烟支高速生产的要求，造成烟支重量波动大，不合格烟支漏剔率和误剔率高，特别是烟支漏气检测，气源稳定性差，经常有误剔、漏剔等现象发生。而且现有的卷烟机组中，重量控制系统和质量检测系统都是两套独立的设备，之间没有联系，互不相干，这就造成两种设备中可用的信息之间没有通讯，设备上重复接线，利用率低下。
【发明内容】
[0004]为了克服现有的卷烟机组设备中对烟支重量控制和质量检测技术的缺点和不足，本发明提供了一种基于IPC(工业控制计算机)的卷烟机烟支重量控制及质量检测一体化装置及方法，采用IPC及其模块作为硬件统一平台，采用EtherCAT总线作为通讯协议，在提高烟草设备稳定性的同时，能对烟支的重量进行精密控制，对烟支的质量如轻烟、重烟、空头、漏气、透气度、烟支外观、缺嘴等工艺指标进行精细检测，剔除不合格的烟支，大大提高烟支重量的短期标准偏差，减少烟支坏烟的漏剔率和误剔率。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于IPC卷烟机烟支重量控制及质量检测一体化装置，包括数据处理单元、重量控制单元1模块、质量检测单元1模块、前置信号处理单元、气源稳定单元、人机界面及通讯单元，所述数据处理单元采用一个嵌入式的IPC作为数据处理的核心，利用计算机强大的数据处理能力来对数据进行分析处理，在数据处理单元中运行一套程序，所述程序包括了系统硬件配置程序、重量控制处理和质量检测处理程序，所述重量控制单元1模块用于采集烟支重量相关数据，质量检测单元1模块用于采集烟支质量检测相关数据，所述数据处理单元利用EtherCAT总线和重量控制单元1模块及质量检测单元1模块进行数据通讯；所述前置信号处理单元用于对传感器原始信号进行放大和滤波处理，并将处理后的信号输送至质量检测单元1模块，所述气源稳定单元由数据处理单元输出端控制，用以调节重量检测中所用压缩空气输出气压的大小，所述人机界面及通讯单元包括人机界面程序、CAN通讯接口、网络通讯接口，人机界面和数据处理单元进行数据交换，采集相关数据，直观的在计算机上显示。
[0006]基于上述技术方案，所述重量控制单元1模块包括CPUCX1030、电源CXl 100、超采样输入模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块以及总线扩展模块EK1110，所述模块作为分布式10，使用EtherCAT总线协议通讯，采集重量控制相关的数据，并将采集数据整合成一个数据包，以数据帧的形式发送给数据处理单元，同时接收数据处理单元发送来的数据，控制劈刀运行装置，控制烟支中包裹烟丝的多少。
[0007]基于上述技术方案，所述质量检测单元1模块包括超采样输入模块、模拟量输入模块，数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输出模块、模拟量输入模块、串口通讯模块，所述模块作为分布式10，使用EtherCAT总线协议通讯，采集质量检测相关的数据，并将采集数据整合成一个数据包，以数据帧的形式发送给数据处理单元，同时接收数据处理单元发送来的数据，剔除不合格的烟支，达到烟支质量检测的目的。
[0008]基于上述技术方案，所述前置信号处理单元包括空头信号前置放大滤波处理、漏气信号前置放大滤波处理、烟支外观前置放大滤波处理、缺嘴信号前置放大滤波处理电路，所述前置信号处理单元通过串口和数据处理单元进行通讯，采用数字电位器来调节空头、漏气、烟支外观、缺嘴信号的输出电压，在人机界面单元上直接调整信号的输出。
[0009]基于上述技术方案，所述气源稳定单元包括精密气压调节阀、电气比例阀、气压表头及石墨块，精密气压调节阀通过气管与压缩空气气源连接，精密气压调节阀用以把压缩空气气压调节为漏气检测适合的气压大小，精密气压调节阀输出端一端通过气管连接气压表头，另一端通过气管连接电气比例阀，所述电气比例阀由数据处理单元通过质量检测单元1模块中的模拟量输出模块来控制，根据所设置的漏气检测气压模拟量的大小自动调节压缩空气输出气压值；所述气压表头与电气比例阀信号连接，所述电气比例阀输出端经石墨块后连接卷烟机检测鼓轮检测单元。
[0010]一种基于IPC卷烟机烟支重量控制及质量检测方法，该方法具体为:采用IPC及其模块作为硬件统一平台，采用EtherCAT总线作为通讯协议，实现烟支的重量控制功能和质量检测，包括数据处理单元、重量控制单元1模块、质量检测单元1模块、前置信号处理单元、气源稳定单元、人机界面及通讯单元，所述重量控制单元1模块和质量检测单元1模块采集烟支重量控制和质量检测相关数据，所述数据通过EtherCAT总线协议发送给数据处理单元，数据处理单元将传输数据进行运算处理，将结果发送至重量控制单元1模块和质量检测单元1模块输出。
[0011]基于上述技术方案，所述数据处理单元运行重量控制和质量检测的软件程序为:加电启动后，人机界面和数据处理单元都先进行自身的初始化工作，数据处理单元初始化完成后，将通过EtherCAT总线接收重量控制单元和质量检测单元相关的1模块数据，将这些数据经过汇总，计算出当前车速是否大于人机界面中设置的重量控制启动阈值，如果车速还未达到设定值，则跳到质量检测相关程序；如果车速达到设定值，则采集重量控制相关的1数据，计算出当前烟支的重量，利用这个重量值统计短期标准偏差、轻烟、重烟等数据，同时统计出烟丝曲线数据，并根据这个烟支重量和设定的烟支重量相比较，控制劈刀上行或下行，达到控制烟支重量的目的；完成重量控制程序处理后，开始处理执行质量检测相关程序，首先判断是否接收到机器同步轮脉冲信号，如果没有则结束质量检测相关程序运行，如果有同步轮脉冲，则采集质量检测相关的1数据:漏气传感器电压值、空头传感器电压值、烟支外观传感器电压值、缺嘴信号，分别执行漏气检测、空头检测、烟支外观检测、缺嘴检测、帽盖检测功能，判断烟支是否合格，不合格的烟支将其通过剔除装置，在剔除阀上剔除；质量检测相关程序执行完毕后，发送相关数据到人机界面，同时接收人机界面设置的参数，控制漏气检测气压值的大小。
[0012]本发明的有益效果:1、本发明硬件平台统一、通用，减少自研发电路板，便于维护。
2、本发明处理速度快、控制和检测精度高、抗干扰能力强、可靠性高，稳定性好，调整方便。
3、本发明提升了烟支重量短期标准偏差的工艺指标，大大减少了烟支的误剔率和漏剔率。
4、本发明重量控制和质量检测在一个单元中处理，协同性好。
【附图说明】
[0013]图1是本发明基于IPC的卷烟机烟支重量控制及质量检测一体化装置的原理框图；
图2是本发明所提供的漏气检测压缩空气气源控制功能图；
图3是本发明所提供的软件程序流程图；
图4是本发明所使用的IPC及其配套模块示意图；
图5是本发明所提供的空头信号处理电路图；
图6是本发明所提供的信号处理电路图；
图7是本发明所提供的单片机电路图；
图8是本发明所提供的串口通讯电路图；
图9是本发明所提供的漏气信号处理电路图；
图10是本发明所提供的烟支外观信号处理电路图；
图11是本发明所