單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量方法與系統的製作方法

2023-05-29 04:16:21 1

專利名稱：單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量方法與系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於菸草加工領域，特別涉及一種單臺捲菸機菸絲消耗量的計量方法與系 統。
背景技術：
捲菸生產中，單臺捲菸機菸絲消耗量的準確統計是優化工藝和設備參數的依據， 有利於增產降耗，節約成本。現有的菸絲計量方法包括連續式計量法和間歇式計量法。連續式計量法使用電子 皮帶秤對輸送帶上的菸絲進行動態稱量，其不足之處是計量精度低、體積大、故障率高，且 不能反映卷包車間單臺捲菸機的菸絲消耗量。間歇式計量法通常在捲菸機的供料系統中增 加一計量箱，計量箱中的電子秤對間歇落入的菸絲進行計量，這種方法雖然能獲得單臺卷 煙機的菸絲消耗量，但要對捲菸機供料系統的結構進行改造，計量精度易受落料誤差和機 械振動的影響，計量誤差較大。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種單臺捲菸機菸絲消耗量動態計 量方法與計量系統，以提高菸絲消耗量計量的準確性，避免對捲菸機供料系統的改造，降低 使用成本。本發明所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量方法，是通過實時測量捲菸機生產的 煙條的密度和煙條的數量，計算出單臺捲菸機的菸絲消耗量。優選的一種方法是菸絲消耗 量累加法，即捲菸機每生產一支煙條，實時測量該支煙條的密度，並將該支煙條的密度信號 轉換成電信號，通過所述電信號計算出該支煙條的菸絲消耗量，然後將所計算出的該支煙 條的菸絲消耗量與其之前的累計菸絲消耗量相加(例如，設捲菸機所生產的第1支煙條 的菸絲消耗量為Wl，第2支煙條的菸絲消耗量W2，……，第η支煙條的菸絲消耗量Wn，則 第1支煙條之前的累計菸絲消耗量為「0」，第2支煙條之前的累計菸絲消耗量為「W1」，第 3支煙條之前的累計菸絲消耗量為「W1+W2」，……，第η支煙條之前的累計菸絲消耗量為 "W1+W2+……+Wn-Ι」)，這樣連續累加，即可獲得單臺捲菸機一個工作班的菸絲消耗量。本發明所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統，包括煙條運行檢測器、煙條密 度檢測器、切刀位置檢測器、計數器、數據採集器和處理器；煙條運行檢測器與數據採集器 連接，將其產生的使能信號傳送給數據採集器，並通過數據採集器將所述使能信號傳送給 處理器；煙條密度檢測器與數據採集器連接，用於實時檢測每支煙條的密度，並將每支煙條 的密度信號轉換成電信號傳送至數據採集器；切刀位置檢測器與計數器連接，捲菸機切刀 每轉一周，切刀位置檢測器產生一個開始脈衝信號ζ和多個切刀位置脈衝信號A，並將所產 生的開始脈衝信號Z和切刀位置脈衝信號A傳送給計數器；計數器與數據採集器連接，計數 器將接收到的開始脈衝信號Z濾波延遲後產生V脈衝，並將所述V脈衝傳送給數據採集 器作為數據採集器的開始採集信號，計數器將接收到的切刀位置脈衝信號A濾波後產生克隆A』脈衝，並將所述A』脈衝傳送給數據採集器作為數據採集器的採樣信號；數據採集器與 處理器連接，數據採集器每接收到一個Z』脈衝開始採集捲菸機所生產的一支煙條的密度電 信號，每接收到一個A』脈衝，採集一支煙條的一個密度電信號，並將採集的煙條密度電信號 傳送給處理器，當一支煙條的密度電信號採集完後，向處理器發出中斷請求信號，處理器接 收到所述中斷請求信號後，產生中斷，當接收到煙條運行檢測器所產生的使能信號後，啟動 計算程序計算出一支煙條的菸絲消耗量，然後將計算結果與該支煙條之前的累計菸絲消耗 量相加，並將相加結果予以存儲。為了便於判斷系統是否正常，本發明所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統還 設置了與數據採集器連接的故障指示燈和系統復位按鈕，並將計數器與處理器連接；計數 器對接收到的開始脈衝信號Z進行計數，並將開始脈衝信號Z的計數值傳送給處理器，處 理器將依據接收到的來自計數器的開始脈衝信號Z的計數值計算的煙支數量與依據接收 到的來自數據採集器的中斷請求信號計算的煙支數量進行比較，作出系統是否出現故障的 判斷，當系統出現故障時，處理器輸出故障信號，該故障信號經數據採集器傳送至故障指示 燈，導通故障指示燈予以提示，系統復位按鈕產生系統復位信號，所述系統復位信號經數據 採集器傳送給處理器，處理器接收到系統復位信號後，向計數器和數據採集器發送重新初 始化信號，系統即開始運行。本發明所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統中，煙條密度檢測器優選放射源 密度檢測器或微波密度檢測器或紅外線密度檢測器。本發明所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統中，處理器優選計算機或單片機 或 PLC。本發明所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統中，切刀位置檢測器優選編碼 器，計數器和數據採集器優選PCI總線卡，煙條運行檢測器優選光電開關。本發明具有以下有益效果1、與現有技術相比，本發明所述方法為捲菸機菸絲消耗量的計量提供了一種不同 構思的技術方案。2、實驗表明，本發明所述方法和系統相對於現有技術可大大提高捲菸機菸絲消耗 量的計量精度，實現單臺捲菸機菸絲消耗量的準確計量。3、本發明所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統不僅結構簡單，操作簡便，而 且使用時不需要對捲菸機進行任何改造，因而有利於降低使用成本和在各類捲菸機推廣使用。


圖1是本發明所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統的第一種結構框圖；圖2是本發明所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統的第二種結構框圖；圖3是本發明所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統中某些構件(器件)在卷 煙機上的安裝位置示意圖；圖4是本發明實施實例中的計數器的電路接線原理圖；圖5是本發明實施實例中的數據採集器的電路接線原理圖；圖6是本發明實施實例中的單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統的主線程流程圖；圖7是本發明實施實例中的單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統的中斷程序流 程圖。圖中，1-煙條運行檢測器、2-煙條密度檢測器、3-切刀位置檢測器、4-計數器、 5_數據採集器、6-處理器、7-故障指示燈、8-系統復位按鈕、9-切刀、10-傳動箱、11-刀頭、 12-操作面板。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量方法和動態計量系 統作進一步說明。實施例1本實施例中，捲菸機為PASSIM捲菸機(英國MOLINS公司生產，型號PASSIM70)， PASSIM捲菸機的切刀9每轉一周生產出一支雙長煙。本實施例中，單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統的結構如圖2所示，由煙條運 行檢測器1、煙條密度檢測器2、切刀位置檢測器3、計數器4、數據採集器5、處理器6、故障 指示燈7和系統復位按鈕8構成。煙條運行檢測器1採用光電開關(德國SICK公司生產， 型號WT12-2B523)，煙條密度檢測器2為PASSIM捲菸機的放射源密度檢測器，切刀位置檢 測器3選用編碼器(瑞士 ELCO公司生產，型號EC40B6-L5PR-512)，系統復位按鈕8採用 XB2-BA31C按鈕(法國施耐德公司生產)，故障指示燈7型號為XB2BVB4C (法國施耐德公司 生產)，計數器4採用6602 PCI總線卡(美國National Instruments生產)，數據採集器 5採用6023E PCI總線卡(美國National Instruments生產)，處理器6採用工業計算機 (SIMENS生產，型號6ES76438LG234AA3)。上述構件(器件)中，切刀位置檢測器3安裝於 捲菸機切刀9的刀頭11傳動箱10上，煙條密度檢測器2位於捲菸機刀頭11入口處，故障 指示燈7和系統復位按鈕8安裝在捲菸機的操作面板12上，如圖3所示。本實施例中，所述計數器4的電路接線原理如圖4所示，切刀位置脈衝信號A (簡 稱A脈衝)接入到6602 PCI總線卡的2號端子，開始脈衝信號Z (簡稱Z脈衝)接入到6602 PCI總線卡的3號端子，6602 PCI總線卡的5號端子輸出產生的V脈衝，6602 PCI總線卡 的 29 號端子輸出 A，脈衝；6602 PCI 總線卡的 11、14、18、20、24、27、33、36、39、41、42、46、 49、50、55、59、62、65號端子都與5V的電源地相連。本實施例中，所述數據採集器5的電路接線原理如圖5所示，A』脈衝接入到6023E PCI總線卡的10號端子，Z』脈衝接入到6023E PCI總線卡的11號端子，故障復位按鈕產生 的復位信號接入到6023E PCI總線卡的17號端子，煙條運行檢測器1產生的使能信號接入 到6023E PCI總線卡的52號端子，6023E PCI總線卡的47號端子輸出處理器6產生的故障 信號，該信號接到故障指示燈，6023E PCI總線卡的34號和68號端子分別接入煙條密度信 號的負和正信號端，34號和68號端子之間並聯了一個IK歐的電阻，該電阻對輸入的煙條 密度信號有濾波的功能，6023E卩(1總線卡的4、7、9、12、13、15、35、36、50、53號端子都與5￥ 的電源地相連。組成單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統的各構件的連接關係與信號傳遞和功 能如下
煙條運行檢測器1與數據採集器5連接，將其產生的使能信號傳送給數據採集器， 並通過數據採集器5將所述使能信號傳送給處理器6 ；煙條密度檢測器2與數據採集器5連接，用於實時檢測每支煙條的密度，並將每支 煙條的密度信號轉換成電壓信號傳送至數據採集器5 ；PASSIM捲菸機的切刀9每轉一周，切刀位置檢測器3產生一個開始脈衝信號Z和 512個切刀位置脈衝信號A(切刀9每轉約0. 703度，切刀位置檢測器3產生一個切刀位置 脈衝信號A)，切刀位置檢測器3與計數器4連接，將其所產生的開始脈衝信號Z和512個切 刀位置脈衝信號A傳送給計數器4 ；計數器4與數據採集器5、處理器6連接，計數器4將接 收到的開始脈衝信號Z濾波延遲後產生V脈衝，並將所述V脈衝傳送給數據採集器5作 為數據採集器的開始採集信號，計數器4將接收到的512個切刀位置脈衝信號A依次濾波 後產生512個克隆A』脈衝，並將所述512個A』脈衝依次傳送給數據採集器5作為數據採 集器的採樣信號，計數器4對接收到開始脈衝信號Z進行計數，並將開始脈衝信號Z的計數 值傳送給處理器6 ；數據採集器5與處理器6、故障指示燈7和系統復位按鈕8連接，數據採集器5每 接收到一個Z』脈衝開始採集捲菸機所生產的一支煙條的密度電信號，每接收到一個A』脈 衝，採集一支煙條的一個密度電信號，並將採集的煙條密度電信號傳送給處理器6，當一支 煙條的512個密度電信號採集完後，向處理器發出中斷請求信號，處理器接收到所述中斷 請求信號後，產生中斷，當接收到煙條運行檢測器所產生的使能信號後，啟動計算程序計算 出一支煙條的菸絲消耗量，然後將計算結果與該支煙條之前的累計菸絲消耗量相加，並將 相加結果予以存儲；處理器6將依據接收到的來自計數器的開始脈衝信號Z的計數值計算 的煙支數量與依據接收到的來自數據採集器的中斷請求信號計算的煙支數量進行比較，作 出系統是否出現故障的判斷，當系統出現故障時，處理器6輸出故障信號，該故障信號經數 據採集器5傳送至故障指示燈7，導通故障指示燈予以提示；系統復位按鈕8產生系統復位 信號，所述系統復位信號經數據採集器5傳送給處理器6，處理器6接收到系統復位信號後， 向計數器4和數據採集器5發送重新初始化信號，系統即開始運行。實施例2本實施例使用實施例1所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統進行菸絲消耗 量的計量，其工作流程如下1、主線程流程所述主線流程如圖6所示，用於初始化計數器4和數據採集器5，並判斷系統是否 處於正常狀態，該主線程運行於計算機6上，計算機起動後即開始運行，步驟如下(1)初始化計數器4和數據採集器6 ；(2)將煙支計數1和煙支計數2初始化為0，煙支計數1定義為由計數器輸出的Z 脈衝計數值計算的單支煙數量(序號)，煙支計數2定義為由數據採集器發出的中斷請求信 號計算的單支煙數量(序號)；(3)讀取計數器4輸出的Z脈衝計數值，該值乘以2後得到煙支計數1 ；(4)求煙支計數1和煙支計數2差的絕對值，當該值小於3則系統處於正常狀態， 否則，系統處於故障狀態，通過數據採集器輸出故障信號，系統處於故障狀態時，根據數據 採集器的輸入的復位信號復位計數器和數據採集器的寄存器和IO通道，將煙支計數1和煙支計數2重置為0 ；(5)主線程等待5ms ；(6)重複步驟⑵至(5)的操作。2、中斷程序流程所述中斷程序流程如圖7所示，用於計算單支煙條的菸絲消耗量，並進行累加，得 到單臺捲菸機一個工作班的菸絲消耗量。數據採集器5每完成512個煙條密度信號的採樣 後，向計算機6發出一個中斷請求信號，計算機收到該請求信號後，產生中斷，調用該中斷 程序，中斷程序啟動後，按以下步驟運行(1)讀取數據採集器輸出的使能信號，並判斷是否使能，如果使能，則進入步驟 (2)，否則，跳至步驟(6)；(2)判斷系統是否處於正常狀態(判斷方法見上述主線程流程)，若系統正常，則 進入步驟(3)，否則，跳至步驟(6)；(3)判斷是否要將累計菸絲消耗量清零，不需要清零則進入步驟(4)，否則，將累 計菸絲消耗量清零，並跳至步驟(6)；(4)通過下式計算單支煙條的菸絲消耗量W = K*ln(V0/V)式中，W為單支煙條的菸絲消耗量，單位為mg，V。為無煙條通過密度檢測器時，數 據採集器輸出的電壓值，V為數據採集器採集的各煙條的密度信號所轉換成的電壓信號的 平均值，K為比例係數，它與煙條長度、菸絲溼度等參數有關，通過系統校準可得到，本實施 實例中K值為0. 05 0. 09。(5)累加菸絲消耗，將該單支煙條的菸絲消耗量與該支煙條之前的累計菸絲消耗 量相加，得到當前菸絲消耗量，並將相加結果予以存儲；(6)計算煙支計數2，算法為原煙支計數2加上2等於當前煙支計數2 ；(7)程序結束按上述流程運行，當捲菸機一個工作班結束後，即可獲得該工作班的菸絲消耗總量。
權利要求
一種單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量方法，其特徵在於通過實時測量捲菸機生產的煙條的密度和煙條的數量，計算出單臺捲菸機的菸絲消耗量。
2.根據權利要求1所述的單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量方法，其特徵在於捲菸機每 生產一支煙條，實時測量該支煙條的密度，並將該支煙條的密度信號轉換成電信號，通過所 述電信號計算出該支煙條的菸絲消耗量，然後將所計算出的該支煙條的菸絲消耗量與其之 前的累計菸絲消耗量相加。
3.一種單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統，其特徵在於該系統包括煙條運行檢測器 (1)、煙條密度檢測器(2)、切刀位置檢測器(3)、計數器(4)、數據採集器(5)和處理器(6)；煙條運行檢測器(1)與數據採集器(5)連接，將其產生的使能信號傳送給數據採集器， 並通過數據採集器(5)將所述使能信號傳送給處理器(6)；煙條密度檢測器(2)與數據採集器(5)連接，用於實時檢測每支煙條的密度，並將每支 煙條的密度信號轉換成電信號傳送至數據採集器(5)；切刀位置檢測器(3)與計數器(4)連接，捲菸機切刀(9)每轉一周，切刀位置檢測器產 生一個開始脈衝信號Z和多個切刀位置脈衝信號A，並將所產生的開始脈衝信號Z和切刀位 置脈衝信號A傳送給計數器(4)；計數器(4)與數據採集器(5)連接，計數器(4)將接收到的開始脈衝信號Z濾波延遲 後產生Z』脈衝，並將所述Z』脈衝傳送給數據採集器(5)作為數據採集器的開始採集信號， 計數器(4)將接收到的切刀位置脈衝信號A濾波後產生克隆A』脈衝，並將所述A』脈衝傳 送給數據採集器(5)作為數據採集器的採樣信號；數據採集器(5)與處理器(6)連接，數據採集器(5)每接收到一個Z』脈衝開始採集卷 煙機所生產的一支煙條的密度電信號，每接收到一個A』脈衝，採集一支煙條的一個密度電 信號，並將採集的煙條密度電信號傳送給處理器，當一支煙條的密度電信號採集完後，向處 理器發出中斷請求信號，處理器接收到所述中斷請求信號後，產生中斷，當接收到煙條運行 檢測器所產生的使能信號後，啟動計算程序計算出一支煙條的菸絲消耗量，然後將計算結 果與該支煙條之前的累計菸絲消耗量相加，並將相加結果予以存儲。
4.根據權利要求3所述的單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統，其特徵在於還包括分 別與數據採集器(5)連接的故障指示燈(7)和系統復位按鈕(8)；計數器(4)還與處理器(6)連接，對接收到開始脈衝信號Z進行計數，並將開始脈衝信 號Z的計數值傳送給處理器(6)；處理器(6)將依據接收到的來自計數器的開始脈衝信號Z的計數值計算的煙支數量 與依據接收到的來自數據採集器的中斷請求信號計算的煙支數量進行比較，作出系統是否 出現故障的判斷，當系統出現故障時，處理器(6)輸出故障信號，該故障信號經數據採集器 (5)傳送至故障指示燈(7)，導通故障指示燈予以提示；系統復位按鈕(8)產生系統復位信號，所述系統復位信號經數據採集器(5)傳送給處 理器(6)，處理器(6)接收到系統復位信號後，向計數器(4)和數據採集器(5)發送重新初 始化信號。
5.根據權利要求3或4所述的單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統，其特徵在於所述 煙條密度檢測器(2)為放射源密度檢測器或微波密度檢測器或紅外線密度檢測器。
6.根據權利要求3或4所述的單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統，其特徵在於所述處理器(6)為計算機或單片機或PLC。
7.根據權利要求5所述的單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統，其特徵在於所述處理 器(6)為計算機或單片機或PLC。
8.根據權利要求3或4所述的單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統，其特徵在於所述 切刀位置檢測器(3)為編碼器，所述計數器(4)和數據採集器(5)為PCI總線卡，所述煙條 運行檢測器(1)為光電開關。
9.根據權利要求5所述的單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統，其特徵在於所述切刀 位置檢測器(3)為編碼器，所述計數器(4)和數據採集器(5)為PCI總線卡，所述煙條運行 檢測器⑴為光電開關。
10.根據權利要求6所述的單臺捲菸機菸絲消耗動量態計量系統，其特徵在於所述切 刀位置檢測器(3)為編碼器，所述計數器(4)和數據採集器(5)為PCI總線卡，所述煙條運 行檢測器(1)為光電開關。
全文摘要
一種單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量方法，通過實時測量捲菸機生產的煙條的密度和煙條的數量，計算出單臺捲菸機的菸絲消耗量。一種單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統，包括煙條運行檢測器、煙條密度檢測器、切刀位置檢測器、計數器、數據採集器和處理器；煙條運行檢測器、煙條密度檢測器分別與數據採集器連接，切刀位置檢測器與計數器連接，計數器與數據採集器連接，數據採集器與處理器連接。為了便於判斷系統是否正常，所述單臺捲菸機菸絲消耗量動態計量系統還設置了與數據採集器連接的故障指示燈和系統復位按鈕，並將計數器與處理器連接。
文檔編號A24C5/34GK101975724SQ20101026684
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者周密 申請人:成都博發控制技術有限責任公司