占百勝

摘 ? 要：基于PC控制技術(shù)，采用德國倍福的嵌入式PC控制器（IPC），對(duì)于卷煙機(jī)ZJ17設(shè)備上的重量控制系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，取消傳統(tǒng)電子板卡系統(tǒng)，完成重量控制過程，廢品剔除，生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等等功能。重新編寫上位機(jī)數(shù)據(jù)通訊接口程序，實(shí)現(xiàn)新重量控制系統(tǒng)融入原來卷煙設(shè)備中。

關(guān)鍵詞：重量控制系統(tǒng) ?倍福嵌入式控制器 ?卷煙機(jī)

中圖分類號(hào)：TS433 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）10（b）-0074-03

ZJ17卷煙機(jī)重量控制系統(tǒng)主要是由人機(jī)界面、重量控制電控單元、微波檢測頭、軸編碼器、劈刀及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，軸編碼器提供時(shí)鐘脈沖，微波檢測頭檢測運(yùn)行煙條的實(shí)時(shí)密度，重量控制電控單元依據(jù)煙條密度信號(hào)計(jì)算煙支重量，與人機(jī)界面的煙支重量設(shè)定值比較后，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整劈刀位置，調(diào)整煙槍煙絲供給量，實(shí)現(xiàn)煙支重量控制的目的。

1 ?設(shè)備現(xiàn)狀及改造的必要性

在我國煙草行業(yè)卷煙機(jī)設(shè)備中，ZJ17系列卷煙機(jī)占有相當(dāng)大的比例，并已成為目前國內(nèi)各家卷煙廠的主流卷煙機(jī)機(jī)型。近年通過PLC電控系統(tǒng)改造，已基本完成對(duì)原機(jī)繼電器和分立元件組成的邏輯電路板控制系統(tǒng)的改造升級(jí)，但由于SRM重量控制系統(tǒng)的高速特性，采用邏輯控制的PLC無法滿足要求，故改造完成后原有SRM重量控制系統(tǒng)仍采用專用控制器，并通過CAN總線方式與上位機(jī)通訊，由于SRM重量控制系統(tǒng)的重量控制電控單元采用DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片，存在的問題有：

（1）運(yùn)算速度低，實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)備速度達(dá)到7500支/min以上，已經(jīng)是芯片處理能力的極限，會(huì)出現(xiàn)重量控制不穩(wěn)定，誤剔等故障。

（2）抗干擾能力差，該裝置在設(shè)備的位置，位于主電機(jī)變頻器旁邊，需要設(shè)備有良好的外部電源供給，并且良好的接地環(huán)境，否則容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。

（3）可靠性低。集成的電子板卡，涉及到大量的電子部件，由于SRM系統(tǒng)屬專用型，并未在市場廣泛使用，制作SRM過程采用人工制版，焊接，其中過程難免出現(xiàn)問題隱患?，F(xiàn)實(shí)過程中也出現(xiàn)過大量板卡問題。

（4）經(jīng)濟(jì)性差。整套系統(tǒng)分為電源卡，輸入卡，輸出卡，以及控制卡。板卡的專用型，導(dǎo)致采購昂貴，并且出現(xiàn)問題，需要整個(gè)板卡整體更換。

隨著電控技術(shù)的進(jìn)步，基于PC-based的IPC控制系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，由于IPC處理速度快的特點(diǎn)十分顯著，故在需要完成運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，本項(xiàng)目正是從原有SRM重量控制系統(tǒng)的原理出發(fā)，就如何技術(shù)實(shí)現(xiàn)SRM重量控制系統(tǒng)的IPC改造進(jìn)行了深入研究。

2 ?SRM重量控制系統(tǒng)的IPC改造設(shè)計(jì)及技術(shù)實(shí)現(xiàn)

SRM重量控制系統(tǒng)的IPC改造采用德國倍福公司的新型智能工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）CX2020作為主控制器，以全面解讀ZJ17型的SRM程序?yàn)榛A(chǔ)，重新開發(fā)軟件。本改造方案保留原重量控制系統(tǒng)的微波檢測頭、位移傳感器、軸編碼器、劈刀執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部件，保留原重量控制系統(tǒng)電控單元的布線方式及電纜，更換重量控制系統(tǒng)電控單元為IPC系統(tǒng)，重新設(shè)計(jì)重量控制系統(tǒng)的人機(jī)界面并優(yōu)化控制算法。電控單元的控制模塊、I/O模塊、接口模塊、通訊模塊都采用IPC標(biāo)準(zhǔn)模塊，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、維護(hù)方便。整個(gè)系統(tǒng)中使用一組IPC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煙支的重量控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及廢品剔除等功能，IPC系統(tǒng)與卷煙機(jī)工控機(jī)人機(jī)交互系統(tǒng)通訊TCP/IP方式、IPC下面外掛I/O連接的通訊均通過EtherCAT總線完成。保留原人機(jī)界面軟件，總線編寫通訊數(shù)據(jù)接口程序，優(yōu)化重量控制算法，對(duì)重量控制數(shù)據(jù)圖形顯示、參數(shù)設(shè)置、故障顯示診斷以及維修測等功能進(jìn)行優(yōu)化、簡化，并與卷煙機(jī)原程序和界面達(dá)到有機(jī)的統(tǒng)一。

2.1 硬件IO模塊的選型和配置

根據(jù)SRM系統(tǒng)處理的輸入輸出信號(hào)表如表1所示。

IO拓?fù)淇驁D如圖1所示。

IO拓?fù)淇驁D如圖2所示。

2.2 微波處理信號(hào)的處理

SRM控制系統(tǒng)核心問題就是重量密度的讀取。煙絲密度數(shù)據(jù)來源于機(jī)組的煙支密度微波檢測單元，而微波檢測對(duì)于煙條密度檢測，輸出的都是脈寬的方式，檢測的煙絲密度越小，脈寬越窄，煙絲密度越大，則脈寬越寬。只要采用足夠快的硬件模塊，能準(zhǔn)確地識(shí)別每一個(gè)脈寬的寬度，就可以準(zhǔn)確地得到一根煙的即時(shí)的密度值。

本次改造采用倍福EL1252，帶時(shí)間戳的超采樣輸入模塊，該模塊采集信號(hào)最高精度是1μs，由于帶有時(shí)間戳標(biāo)志，能準(zhǔn)確的識(shí)別上一次脈沖上升沿和下一次脈沖上升沿對(duì)應(yīng)的兩個(gè)時(shí)間標(biāo)識(shí)，兩個(gè)時(shí)間的差值即是這個(gè)脈寬的寬度值。上一次時(shí)間值不等于這一次時(shí)間值的時(shí)候，把兩個(gè)值做減法，得到中間的差值即是脈寬值，得到的脈寬值后續(xù)做相關(guān)處理，轉(zhuǎn)換成煙絲密度值。

2.3 軸編碼器信號(hào)處理

微波檢測得到煙絲密度值后，再需要得到煙條的長度信號(hào)，計(jì)算煙條的分段重量，用于計(jì)算煙條的平均重量，超重，超輕，輕煙端的種種判斷。

煙條的長度信號(hào)，設(shè)備采集了軸編碼器信號(hào)。軸編碼器每轉(zhuǎn)一圈，對(duì)應(yīng)卷制成型機(jī)生產(chǎn)出兩支雙倍長度的煙支，即256個(gè)增量脈沖、1個(gè)指示脈沖對(duì)應(yīng)兩支雙倍長度煙支。每支單長煙對(duì)應(yīng)的就是64個(gè)增量脈沖。

解決SE脈沖信號(hào)的采集，采用倍福EL1262超采樣輸入模塊，其中最大精度也可以達(dá)到1μs，考慮到脈沖最快最小周期：117μs（在系統(tǒng)處理速度上有專門文字說明這個(gè)時(shí)間周期），程序硬件配置在100μs的任務(wù)周期下采樣8個(gè)點(diǎn)，也就是最小精度是12.5μs，也能夠完全捕捉到任何一個(gè)脈沖。

2.4 平整盤的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)

重量控制回路中，微波器對(duì)煙支重量進(jìn)行檢測，將實(shí)際重量信號(hào)反饋到控制系統(tǒng)，與設(shè)定重量比較，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)平準(zhǔn)器上下移動(dòng)，從而控制煙支重量。在位置控制回路中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移量通過位移傳感器反饋到控制系統(tǒng)與平準(zhǔn)器設(shè)定的位置信號(hào)比較，進(jìn)一步校正重量控制系統(tǒng)。

平整盤電機(jī)上下動(dòng)作，由兩個(gè)普通輸出點(diǎn)控制即可，采用倍福普通EL2004輸出模塊。軟件程序上，如果實(shí)際重量與額定重量不一致，重量調(diào)節(jié)裝置會(huì)計(jì)算出一個(gè)新的平整盤位置。當(dāng)位移傳感器報(bào)告平整盤已經(jīng)到達(dá)新的位置，則實(shí)際重量和額定重量將被重新進(jìn)行比較。通過不斷改善的平整盤位置設(shè)定，使實(shí)際重量盡可能地向額定重量靠近。

2.5 目標(biāo)煙取樣剔除

從微波檢測點(diǎn)，到取樣閥門或者廢品閥門的距離是固定的，可能對(duì)于不同煙的長度，對(duì)應(yīng)的值稍有差別，這些差別值可以通過上位機(jī)修改。

硬件配置輸出閥采用的是超采樣輸出模塊EL2262 ?精度最大可以達(dá)到1μs，計(jì)算MAX鼓輪上每一根雙長煙的槽間距數(shù)據(jù)：（以每分鐘8000支為例）

60×1000×1000/（8000/2）=15000μs

單支煙運(yùn)行槽間距除以2：7500μs

硬件配置上，考慮到任務(wù)輸出精度完全能夠滿足的情況下，采用了100μs的任務(wù)周期，直接輸出bool變量，也完全能滿足取樣，剔除的精度。

3 ?結(jié)語

本重量控制系統(tǒng)IPC改造是在煙機(jī)設(shè)備國產(chǎn)化的要求下，在消化原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國卷煙機(jī)的特點(diǎn)，采用IPC技術(shù)進(jìn)行信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)控制，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、控制精確，控制速度也得到了很大的提高。本系統(tǒng)所使用的模塊都是目前市場上通用的標(biāo)準(zhǔn)模塊，檢測速度快、精度高、抗干擾能力強(qiáng)，具有很強(qiáng)的自診斷和保護(hù)功能，既保證了硬件上的通用性，又增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性、易移植性和易擴(kuò)展性。

參考文獻(xiàn)

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