具有控制功能的新型捲菸生產數據檢測系統的製作方法
2023-05-16 18:36:56
專利名稱：具有控制功能的新型捲菸生產數據檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及計算機在捲菸生產中的應用技術。
從80年代以來，對捲菸生產數據採集的專用計算機系統，已有用Z80微機控制的集中式數據採集系統和以PC總線微機為上位機，MCS51單片機為下位機的二級分布式數據採集系統等，這些系統都存在以下的缺陷和不足1.功能少採集的數據僅有煙支的產量、嘴棒、盤紙和水松紙消耗，而對設備的運行狀態沒有可靠檢測，尤其是沒有降低對生產機組異常運行(如″跑條″)時原輔材料消耗的控制等功能；2.可靠性和精度差主要表現在數據檢測精度低；數據保存和傳輸可靠性差，易受電網和其他幹擾造成數據丟失；系統硬體因隔離，散熱和防塵措施不當而易損壞；易發生死機。
本發明目的是在已有捲菸生產數據採集裝置的基礎上，提供一種克服已有裝置的不足，具有多功能、高精度、高可靠性的捲菸生產數據採集系統。
為達到上述目的，本發明通訊控制機(下稱″通訊機″)和前臺數據檢測機(下稱″前臺機』)均採用Intel 8098準十六位高性能單片機擴展系統，並在軟體和硬體上均採取了措施，以提高檢測精度和通訊、數據保存的可靠性。
本發明還採取以下步驟一.為增加控制功能，前臺機增加了跑條信號傳感器和機器周期傳感器。跑條信號是對機組運行中生產的無嘴煙檢測產生的信號；機器周期信號是檢測機組啟動、停止和運行速度而取得的信號，增加這兩路信號的檢測分析，即可監測捲菸機組停、開、速度和生產狀態等，並據之實現跑條時的減速告警、停機和開機生產時的同步供咀、供水紙等降耗控制，從而降低機組出現跑條等異常運行時的原輔材料消耗。
本發明通過增加″跑條″和″機器周期″兩路傳感器與相應的前臺機軟體結合實現對捲菸生產機組開、停、調機和運行速度，狀態等的檢測，並據之實現本發明前臺機對生產機組的閉環控制功能。具體敘述如下
″跑條″信號，是通過對機組剛卷製成功的長條捲菸，切割後形成的未接咀煙的計數檢測取得的信號，見附圖9，其中4為″跑條″傳感器，當機組運轉，長條捲菸即會形成(在不缺菸絲、盤紙時)。其在通過切刀3處常會出現堵、卡等異常狀態，使長條煙積聚於刀口前機臺上，這就叫″跑條″，它造成消耗材料而無產品。本發明對之檢測後，即可根據其發生而操作人員未處理的時間長短，進行減速、告警和停機等自動控制以減少原輔材料消耗。
在正常生產中，本發明還根據上述跑條傳感器對未接咀煙的準確計數，如圖3所示意控制機組供咀和供水松紙機構，使自動化程度較低的YJ22、23和PA8等接咀機供咀供紙與煙支到位準確同步，降低生產中濾咀棒和水松紙的消耗。
如圖9所示″機器周期″信號傳感器是採用霍爾元件2對固定於生產機組主軸1或同步輪、盤上的磁鋼檢測，採集機組運行的精確速度。與″跑條″等傳感器配合，實現供咀棒、水松紙的控制；與盤紙、水松紙、煙支I、II和咀棒傳感器配合，消除盤紙、水松紙、煙支、咀棒計數檢測中各種因素引起的誤差，提高系統精度以及與這些傳感器配合，分析統計出設備的開、停和調機時間，有效作業率等數據，提供給考核和管理部門。
二.為提高檢測精度和掉電、幹擾時數據保存的可靠性，通訊機和前臺機均用準十六位高性能單片機，並在軟體和硬體上採取了如下措施；1.高可靠的數據保存技術以軟、硬體結合，對RAM的寫數據埠作了進一步保護；2.硬體上在各路傳感器檢測信號的輸入端均採用光電隔離技術；3.軟體採取數據多份拷貝校驗的辦法。
三.提高數據傳輸的可靠性1.通訊機和前臺機I/O口均與通訊線路實行全光電隔離；2.在通訊機軟體上同時採取三項技術措施a.超時處理；b.異或校驗；c.非正常數據自動剔除。
四.適合惡劣工作環境的前臺機防塵、散墊設計。
下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步詳細說明。
圖1本發明系統整體構成框圖2.1本發明前臺機構成框圖；圖2.2前臺機軟體主程序流程圖；圖2.3採樣中斷處理子程序流程圖；圖3脈衝電平信號轉換原理和時序圖；圖4軟、硬體結合RAM防誤寫控制原理圖；圖5數據多份拷貝示意圖；圖6通訊機、前臺機與通訊線路聯接原理圖；圖7光電傳感器電原理圖；圖8霍爾元件型傳感器電原理圖；圖9跑條與機器周期檢測控制示意圖。
圖1是本發明的整體結構框圖，本發明的數據採集系統由若干臺前臺機、1臺通訊機和1臺上位管理機三級構成。前臺機根據多路傳感器的信號進行狀態檢測及計數、保存，並根據通訊機的指令實時將採集的數據發送至通訊機，通訊機將接收的數據校驗並處理保存，當接到上位管理微機通訊指令後，將所保存的數據向上位機發送，上位機據此進行處理、顯示及列印。
圖2.1是實施例前臺機的構成框圖，在各路傳感器信號的輸入端，均採用光電隔離技術。圖中的煙支I傳感器，煙支II傳感器，跑條信號傳感器，濾嘴棒傳感器、跑條信號傳感器採用光電傳感器，其電路如圖7所示；而機器周期傳感，盤紙傳感器和水松紙傳感器採用霍爾元件型傳感器，其電路圖如圖8所示，檢測的信號分別經光電耦合器U2(圖7)，IC1(圖8)的輸入端(1.2兩腳)通過光電耦合傳至輸出端5腳輸出到前臺機。傳感器採取獨立供電，完全斷絕前臺機主板與外部線路的電氣聯繫，避免由傳感器串入的各種電氣幹擾進入主板，提高可靠性，同時也提高了檢測精度。
通訊機和前臺機I/O口與通訊線路實行全光電隔離，其電原理圖見圖6，圖中(1)線為電源線，(2)線為通訊機向前臺機的發送信號線，(3)線為前臺機向通訊機的發送信號線，(4)線為通訊線路獨立地線。通訊過程是當通訊機向前臺機發送信號時，TXD由高電平變為低電平，經反向器U1A驅動光電耦合器U3，使4.5端導通，此導通電流使T1管飽和，這樣在通訊線路上即有電流經電源→(1)線→穩壓管Z2→R8→U5輸入端→(2)線→經C極至地T1；電流流經U51.2端，使U5輸出5端(RXDI)由高電平變為低電平，通訊機的信號即被前臺機接收。而當前臺機向通訊機發回信號時，TXDI產生的低電平信號，經反向器U2A驅動光電耦合器U6使4.5端導通，此導通電流使T2飽和，電流由電源→穩壓管Z1→R5→U4輸入端→(3)線→T2C極至地。該電流迴路使U4輸出端5(RXD)由高電平轉為低電平，前臺機的信號被通訊機接收。由於通訊機和各前臺機之間的輸入，輸出口都設置了光電耦合器(U3、U4、U5、U6)，通訊線路單獨供電，使得前臺機通訊機和通訊線路間相對獨立。I1、E1、I2、E2用來對供電電源再次濾波，R6和R7的設置降低了不通訊時的線路阻抗，防止通訊線路上感應電壓的建立，D1、D2的設置，使通訊線上感應產生的負電壓信號對地形成一迴路，從而將感應信號吸收。Z1、Z2消除了線路上的低感應電壓，這樣避免了通訊機和前臺機及各前臺機之間的相互幹擾，克服了電網等環境對通訊線路產生的幹擾因素，保證通訊的安全可靠。
本發明前臺機的軟體主程序是見圖2.21.關中斷；2.設置堆棧指針；3.初始化；4.校驗數據區數據；5.初始化I/O口、串行口；6.該地址開關給MYNAM；7.根據當前班次設定DPTR值；8.開中斷；9.開機？；10.調機計時；11.傳感器信號全？；12.正常工作狀態計數顯示13.傳感器有故障？；14.分析故障源；15.此類故障計時；16.停機？。
前臺機軟體子程序見圖2.31.復位100ms計數器；2.取數據區起始地址；3.取8253四個計數值加入RAM區；4.複製兩份；5.時間+100ms；6. 500ms；7.有閃爍？；8.閃爍；9.滿1秒？；10.秒+1；11.滿60秒？；12.分+1；13.滿60分？；14.時+1；15.返回。
本發明軟體採取多份拷貝的辦法，見圖2.3採樣中斷處理流程圖″複製兩份″，以提高數據的可靠性，每次數據採集後，重複拷貝兩份，加上原存貯的一份共三份，見圖5，採集的數據存入始址為ADD1的數據區，然後拷貝的兩份，一份存入始址為ADD3的數據區，另一份存入始地址為ADD5的數據區，每次上電復位或定時監視器的自動復位後進入主程序流程，比較三份數據區內容(圖2.2中校驗數據區數據)，當三份數據全等時，才確定數據正確，進入工作程序，如只有二份數據相等時，則認為第三份數據有誤，改寫正確後再進入工作程序，當三份數據全不相同時，表示數據有誤，顯示出錯指示，具體做法a.置標誌寄存器R0、R1、R2為″0″，送ADD1至變址寄存BX，送ADD3至變址寄存器CX，送ADD5至變址寄存器DX。
b.比較BX、CX、DX的內容是否相等。
若；BX≠CX置R0＝1CX≠DX置R1＝1BX≠DX置R2＝1c.BX+1→BX；CX+1→CX；DX+1→DX數據區比較是否結束即BX的內容是否等於原始數據區末地址+1，若沒結束返回bd.分析R0、R1、R2的結果並作相應處理。
I. R0、R1、R2全為″0″，數據正確，程序正常運行；II. R0、R1、R2全為″1″，數據有誤，顯示出錯指示；III. R0＝0；R1＝1；R2＝1拷貝2數據有誤，原數據區和拷貝1數據正確，複製原數據區數據至拷貝2。
IV. R0＝1；R1＝0；R2＝1原數據區數據有誤，拷貝1和拷貝2數據正確，複製拷貝1數據至原數據區。
V. R0＝1；R1＝1；R2＝0拷貝1數據有誤，原數據區和拷貝2數據正確，複製原數據區數據至拷貝1。
二.在通訊軟體上採取a.超時處理在通訊機中採用MOTOROLA MC146818晶片，該晶片具有可編程的實時時鐘和一個可編程的定時中斷器。本發明在初始化該片時，置中斷為每秒鐘發生一次的定時中斷，當通訊機對某一前臺機發出命令後開此中斷並計數，當計數值大於1秒後，仍收不到前臺機發回的數據，則作超時錯誤處理。
b.異或校驗技術每一前臺機發送到通訊機的數據包增加一個字節的冗餘信息，作為異或校驗碼和數據包同時發送到通訊機，通訊機據此字節作異或校驗以判斷是否在傳輸中發生錯誤。
前臺機發送到通訊機的數據每幀為64個字節，發送時把它們依次做異或運算，例如第一字節0001 0011，第三字節1100 0000，第二字節0011 1000，第四字節0011 0011，第一字節異或第二字節得00010011+ 00111000結果1 11010100把結果1再異或第三字節得11010100+ 11000000結果2 11101011把結果2再異或第四字節得11101011+ 00110011結果3 00100111以此類推直至第64位元組，計算完畢後所得結果作為發送校驗字節隨後發往通訊機，通訊機接收數據後也按同樣算法，對64位元組的數據計算出接收校驗字節，最後，把接收校驗字節與前臺機發送來的發送校驗字節作比較，若兩字節完全相同，則此幀數據發送正確，否則為數據在發送過程中出現錯誤，通訊機作出錯處理。
c.非正常數據拒接收在每一前臺機數據區中，固定幾個字節存放預先設定的常數，如第一、第五、第九、第十三字節預置為全″0″。當因工業現場幹擾，電網抖動等原因引起數據區錯誤時，這幾個字節的數據就會隨之變化而不為全″0″，通訊機在接收指定的前臺機數據進行核對時，依次檢查這幾個字節的值，若有一個不為全″0″，就認為此前臺機數據有誤，拒絕接受該機臺數據，並作出出錯指示。
圖4是本發明抗幹擾、掉電數據保護電路，是對RAM的寫數據埠採取進一步的控制措施，圖中把RAM的WR端經電阻R1與掉電保護電源正極聯接，使其無寫信號時對被固定在高電平(禁寫狀態)，8098在程序正常運行時，地址線經過地址鎖存，地址解碼電路，解碼選中一鎖存器，由鎖存器中的一位例如Q7和8098的WR信號作″與″操作，形成RAM寫埠的控制信號，當程序被幹擾不能正常運行時，Q7因經電阻R2接地而被拉成低電平關閉了RAM的寫信號埠，防止了RAM中數據被誤寫而遭破壞。當程序和電路正常運行後，通過程序的專門指令向鎖存器的Q7位寫″1″，即Q7輸出高電平，打開RAM的WR寫信號口即可進行正常的寫數據操作。
圖3是脈衝/電平信號轉換原理和時序圖，本發明的實施例採用高速計數/計時器元件8253作為檢測器件，把從傳感器送來的″跑條″脈衝信號SG1作為8253的GATE信號，″機器″信號SGO作為CLK信號，在8253工作方式1的狀態下，給定的SGO周期數內(圖3為設定4個″機器″信號周期)，SG1有脈衝輸入，跑條狀態信號口Y1輸出為低電平，否則Y1輸出為高電平，這就得到任意機器速度下的跑條狀態信號，既可用之實現設備運行狀態檢測，還可據此對機組在異常運行時實行減速，報警和停機等控制，並以此實現進口卷接機組PA8、MK8和國產YJ系列等自動化程度不高的捲菸機組供嘴棒，水松紙準確同步的自動控制，降低原輔材料的消耗。
本發明對前臺機採用全封閉結構，不用風機散熱，解決了前臺機在生產現場工作的防粉塵問題。而將其主要發熱元件絕緣固定在前臺機後板內側，機殼後蓋或底板加厚，染黑，使其具有散熱片功能，將機內的熱量通過其傳導至機外，降低機內溫度，從而解決了環境粉塵汙染和散熱的矛盾，保證前臺機長時間可靠地運行。
權利要求
1.一種多功能高精度捲菸生產數據檢測系統，其特徵在於，是由Intel8098單片機擴展系統構成上位機，通訊控制機和前臺數據採集控制機組成的，前臺機採用全封閉結構。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，前臺機配置有煙支I、II傳感器，跑條信號傳感器，濾嘴棒傳感器，機器周期傳感器，盤紙傳感器，水松紙傳感器；通訊機和前臺機I/O口與通訊線路完全實行光電隔離。
3.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，前臺機的軟體主程序是(1)關中斷，(2)設置堆棧指針；(3)初始化；(4)檢驗數據區數據；(5)初始化I/O串行口；(6)該地址開關給MYNAM；(7)根據當前哪次設定DPTR值；(8)開中斷；(9)開機？；(10)調機計時；(11)傳感器信號全？；(12)正常工作狀態計數顯示；(13)傳感器有故障？；(14)分析故障源；(15)此類故障計時；(16)停機？；子程序是(1)復位100ms計數器；(2)取數據區起始地址；(3)取8253四個計數值加入RAM區；(4)複製兩份；(5)時間+100ms；(6)500ms？；(7)有閃爍？；(8)閃爍；(9)滿1秒？；(10)秒+1；(11)滿60秒？；(12)分+1；(13)滿60分？；(14)時+1；(15)返回。
4.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述全封閉的前臺機的機殼蓋或底板＞2毫米，並將電源、穩壓和其它發熱元件裝在其內側，實現熱量的外傳導，解決密封無風機結構的散熱。
5.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述前臺機軟體上採取多份拷貝校驗的辦法，即每次數據採集後重複拷貝若干份，根據相互比較情況，向設置的標緻寄存器賦值，再根據寄存器的內容，判別出錯數據區，對之重新拷貝。
6.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述通訊機軟體採取超時處理，異或校驗和自動剔除非正常數據三種技術措施，以提高通訊的可靠性。
7.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，前臺機內的跑條信號傳感器，實現對跑條狀態監視，統計和減速，警告和停機等自動控制功能；通過跑條信號傳感器對剛生產出的尚未接嘴煙的計數和機器周期傳感器的檢測信號，實現對濾嘴棒和水松紙供應的準確同步控制。
全文摘要
本發明涉及計算機在捲菸生產中的應用技術。本發明採用Intel 8098單片機擴展系統構成上位機，通訊控制機和前臺數據採集控制機組成，且前臺機採用全封閉結構。本發明在計算機軟體、硬體上都採取了措施，以提高檢測精度和通訊數據保存的可靠性。本發明裝置應用在捲菸生產中增加了控制功能，提高了數據檢測精度和可靠性，提高了數據傳輸的可靠性，是非常實用的捲菸生產數據採集系統。
文檔編號G05B15/00GK1149730SQ9611703
公開日1997年5月14日 申請日期1996年7月24日 優先權日1996年7月24日
發明者楊德來, 連翠華, 杜世平, 李家勤, 宋炳超 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所