專利名稱：超九卷接機(jī)組的智能電控改進(jìn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于煙草機(jī)械，具體地說是一種超九卷接機(jī)組(SUPER9/PA9)的智能電控改進(jìn)裝置。
背景技術(shù)：
超九卷接機(jī)組是我國二十世紀(jì)九十年代從英國進(jìn)口的中高檔卷接設(shè)備，原機(jī)組電氣控制裝置布局分散，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在以下問題1.原超九卷接機(jī)組機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，精密齒輪較多，價格昂貴，對潤滑系統(tǒng)及密封要求較嚴(yán)格，容易漏油，噪聲污染嚴(yán)重。
2.原超九卷接機(jī)組采用微機(jī)處理芯片及多種印刷線路板組成的控制系統(tǒng)故障率高，且故障的查找不便，排除困難，致使整機(jī)工作效率較低，浪費(fèi)嚴(yán)重。
3.原超九卷接機(jī)組重量控制系統(tǒng)采用單片微型機(jī)控制，現(xiàn)場的調(diào)試，修改，校正等都十分不便。
4.原超九卷接機(jī)組無數(shù)據(jù)采集與集中管理功能，設(shè)備的維修、保養(yǎng)都沒有數(shù)據(jù)資料可查。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種超九卷接機(jī)組的智能電控改進(jìn)裝置，它全面改造了原紛繁復(fù)雜的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，全面提升原超九卷接機(jī)組性能，使其穩(wěn)定性及有效作業(yè)率顯著提高，并降低噪聲污染。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是以觸摸式工控機(jī)、可編程邏輯控制器為控制核心，包括數(shù)據(jù)采集與集中管理系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、重量自動控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)采集與集中管理系統(tǒng)由可編程邏輯控制器、工控機(jī)、各種傳感器組成，所述各種傳感器分別被安裝在超九卷接機(jī)組的各自檢測位置上，其輸出檢測信號連接到可編程邏輯控制器的輸入點(diǎn)，并且通過串行通訊口、用屏蔽電纜線將可編程邏輯控制器與工控機(jī)連接在一起；所述伺服控制系統(tǒng)以可編程邏輯控制器為核心，以刀頭伺服控制器為主伺服控制器，還包括作為伺服控制跟蹤系統(tǒng)的風(fēng)室伺服控制器，劈刀伺服控制器，布帶輪伺服控制器，撥煙輪伺服控制器，接裝主傳動伺服控制器，膠輥伺服控制器，水松紙伺服控制器，所述伺服控制系統(tǒng)中每個伺服控制器均設(shè)有相對應(yīng)的伺服電機(jī)，可編程邏輯控制器輸出的信號分別接至每個伺服控制器的控制端，實(shí)現(xiàn)對伺服器運(yùn)動的控制；所述重量自動控制系統(tǒng)以可編程邏輯控制器及工控機(jī)為核心，還包括重量掃描裝置和重量控制裝置，其中重量掃描裝置用于對煙支進(jìn)行重量掃描，并將掃描得到的信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電壓值，輸出的模擬電壓值被連接到工控機(jī)的A/D采集卡上，可編程邏輯控制器通過串行通訊口、用屏蔽電纜線與工控機(jī)連接在一起，可編程邏輯控制器的輸出信號還連接至控制重量控制裝置，用來控制煙支的重量。
與原有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果如下1.具備數(shù)據(jù)采集功能。本實(shí)用新型用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，利用數(shù)字控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，增加機(jī)組的智能化管理，克服了原機(jī)設(shè)備的維修、保養(yǎng)都沒有數(shù)據(jù)資料可查的不便，為機(jī)組的維護(hù)與備件的存儲提供了可靠的資料。
2.本實(shí)用新型以可編程邏輯控制器和觸摸式工業(yè)控制計算機(jī)為核心，對原超九卷接機(jī)組(SUP9/PA9)電控系統(tǒng)進(jìn)行了全面徹底的改造，去掉原有齒輪傳動機(jī)構(gòu)，采用電子齒輪，全面提升原超九卷接機(jī)組性能；簡化了機(jī)組結(jié)構(gòu)，極大的降低了運(yùn)行成本，操作簡單，并消除了漏油等毛病，使得機(jī)組穩(wěn)定性及有效作業(yè)率顯著提高，降低噪聲污染，保護(hù)了環(huán)境。
3.采用可編程邏輯控制器加觸摸式工業(yè)控制計算機(jī)(簡稱工控機(jī))的集中控制方式，取代了原機(jī)組的微處理器加線路板方式；與目前超九卷接機(jī)組(SUP9/PA9)電控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況相比(一般機(jī)器運(yùn)行平均每分鐘5000支，而且故障停機(jī)率非常頻繁，故障停機(jī)時間平均為2至4個小時左右，年損失產(chǎn)值上百萬元)，采用改造后的本實(shí)用新型可以每分鐘7000支的速度連續(xù)運(yùn)行，可以在無故障的情況下運(yùn)行，具有性能先進(jìn)、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、維護(hù)方便的特點(diǎn)，能顯著的提高生產(chǎn)效率，是該機(jī)組電氣控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益是十分巨大。
4.本實(shí)用新型增加了一體化的重量控制功能，用工控機(jī)代替了原有的單片機(jī)對煙支進(jìn)行重量控制，克服了原有的毛病，提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力，同時參數(shù)的修改，校正等都變得十分方便。
5.本實(shí)用新型還可廣泛的應(yīng)用于各型高速高檔的香煙卷接機(jī)組的電控系統(tǒng)。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為圖1中數(shù)據(jù)采集與集中管理系統(tǒng)原理圖。
圖3為圖1中可編程邏輯控制器對刀頭伺服控制器控制原理圖。
圖4為圖1中風(fēng)室伺服控制器跟蹤刀頭伺服控制器控制原理圖。
圖5為圖1中重量自動控制系統(tǒng)的原理圖。
圖6為圖1中伺服控制跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，本實(shí)用新型以觸摸式工控機(jī)、可編程邏輯控制器為控制核心，包括數(shù)據(jù)采集與集中管理系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、重量自動控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)采集與集中管理系統(tǒng)以可編程邏輯控制器1及工控機(jī)2為核心，還包括各種傳感器3，所述各種傳感器3包括跑條傳感器、斷紙傳感器、換盤紙傳感器、以及接近傳感器等等，分別安裝在超九卷接機(jī)組的各自檢測位置上，其輸出檢測信號則接至可編程邏輯控制器1的輸入點(diǎn)(IN)；所述可編程邏輯控制器1、工控機(jī)2通過屏蔽電纜線將兩者連接在一起，電纜的一端連接到工控機(jī)2的串行通信口B上，另一端連接在可編程邏輯控制器1的串行通信口A上(如圖2所示)，工控機(jī)2和可編程邏輯控制器1以約定的協(xié)議進(jìn)行通訊、交換數(shù)據(jù)；本系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)以下兩方面功能一是用戶可以將所須的參數(shù)通過觸摸屏輸入到工控機(jī)2內(nèi)，工控機(jī)2再將參數(shù)下載到可編程邏輯控制器1中的相應(yīng)數(shù)據(jù)單元，使得整個機(jī)組的工作參數(shù)發(fā)生變化；二是可編程邏輯控制器1能夠把整個機(jī)組當(dāng)前的運(yùn)行情況、工作狀態(tài)，如機(jī)器運(yùn)行速度、開機(jī)時間記錄、故障停機(jī)原因、產(chǎn)量、消耗等等信息發(fā)送給工控機(jī)2，工控機(jī)2把相應(yīng)的信息顯示到觸摸屏上，同時信息還會被工控機(jī)2保存到自硬盤上，便于用戶的日常維修與保養(yǎng)。
所述伺服控制系統(tǒng)是以可編程邏輯控制器1為核心，以刀頭伺服控制器5為主伺服控制器，還包括作為伺服控制跟蹤系統(tǒng)的風(fēng)室伺服控制器6，劈刀伺服控制器7，布帶輪伺服控制器8，撥煙輪伺服控制器9，接裝主傳動伺服控制器10，膠輥伺服控制器11，水松紙伺服控制器12七個伺服控制器，其中可編程邏輯控制器1輸出接口分別與刀頭伺服控制器5及伺服控制跟蹤系統(tǒng)中七個伺服控制器相連，其中對刀頭伺服控制器5的控制為主控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制器1對其余七個伺服控制器實(shí)行簡單控制，下面結(jié)合圖3對主控制系統(tǒng)加以說明，所述可編程邏輯控制器1輸出使能信號(Q36.1端)將使能信號連接到刀頭伺服控制器5的使能端(I9)，決定刀頭伺服控制器5工作與否，具體的說就是如果可編程邏輯控制器1有使能信號輸出到刀頭伺服控制器5，則刀頭伺服控制器5被認(rèn)為允許工作；否則，不能工作。將變阻器Ra的中間抽頭連接到可編程邏輯控制器1模擬輸入端(Vi)，另外兩端則一端接地，另一端接電壓Vcc，可見，調(diào)整中間抽頭的位置則可編程邏輯控制器1模擬輸入端(Vi)得到的電壓會同時發(fā)生變化，因此可以通過調(diào)整中間抽頭設(shè)定機(jī)組速度，即可編程邏輯控制器1將模擬端(Vi)得到的信號，轉(zhuǎn)變?yōu)榕c可編程邏輯控制器1相匹配的模擬輸出電壓(Vo+)，此時若模擬端(Vi)得到的信號變大，則模擬輸出電壓(Vo+)也隨之變大；反之，則相反；然后將此模擬輸出電壓(Vo+)連接到刀頭伺服控制器5的模擬電壓輸入端(Ai+)，再將可編程邏輯控制器1的(Vo-)與可編程邏輯控制器1的(Ai-)連接在一起后共同接地；在刀頭伺服控制器5得到使能信號(I9端)的條件下，其作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的刀頭伺服電機(jī)(M1)的轉(zhuǎn)速將由刀頭伺服控制器5得到的模擬電壓(Ai+)決定，即模擬電壓大，則轉(zhuǎn)速高；模擬電壓小，則轉(zhuǎn)速低?？梢姳緦?shí)用新型不但可以決定主伺服控制器的工作與否，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)對伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整；刀頭伺服電機(jī)M1內(nèi)裝有旋轉(zhuǎn)編碼器14，將旋轉(zhuǎn)編碼器14輸出的信號反饋給刀頭伺服控制器5的X12端，由此形成電機(jī)的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，使電機(jī)的工作情況會變的更加穩(wěn)定、可靠，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的精確控制；同理，可編程邏輯控制器1對伺服控制跟蹤系統(tǒng)中其余七個伺服控制器實(shí)行簡單控制，用來決定伺服控制器是否得到使能信號，即伺服控制器是否允許工作。
所述伺服控制跟隨系統(tǒng)是以刀頭伺服控制器5為主伺服控制器，以跟隨主伺服近期制器5的風(fēng)室伺服控制器6、劈刀伺服控制器7、布帶輪伺服控制器8、撥煙輪伺服控制器9、接裝主傳動伺服控制器10、膠輥伺服控制器11、水松紙伺服控制器12為伺服控制跟蹤系統(tǒng)，如圖6所示，這種伺服控制系統(tǒng)代替了原機(jī)械齒輪傳動結(jié)構(gòu)，在此系統(tǒng)中刀頭控制伺服器5和其余七個伺服控制器將在各自被定義的模式下工作，同步運(yùn)行；風(fēng)室控制伺服器6，劈刀控制伺服器7，布帶輪控制伺服器8，撥煙輪控制伺服器9，接裝主傳動控制伺服器10，膠輥控制伺服器11，水松紙控制伺服器12均設(shè)有相對應(yīng)的伺服電機(jī)M2，與刀頭控制伺服器5的同步是通過刀頭伺服電機(jī)M1上安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器來控制的，即當(dāng)?shù)额^伺服電機(jī)M1轉(zhuǎn)速增加，則其余七個控制伺服器的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速也應(yīng)增加；當(dāng)?shù)额^伺服電機(jī)M1轉(zhuǎn)速減小，則其余七個控制伺服器的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速也應(yīng)減小，由于每一個從控制伺服器跟隨主控制伺服器的情況相同，下面結(jié)合圖4以作為從伺服控制器的風(fēng)室伺服控制器6跟隨刀頭伺服控制器5的原理為例加以詳細(xì)的說明風(fēng)室伺服控制器6與刀頭伺服控制器5之間是通過編碼器總線聯(lián)系在一起的，在這種總線連接方式下，可以保證主、從伺服控制器之間的高速通信，避免了其他總線信息交換中產(chǎn)生的總線延遲，將一跟屏蔽電纜的兩端分別與風(fēng)室伺服控制器6的X13端和刀頭伺服控制器5的X13端相連接，風(fēng)室伺服控制器6將通過這根總線跟蹤主伺服控制器同步運(yùn)行，伺服電機(jī)M2內(nèi)裝有旋轉(zhuǎn)編碼器15，將旋轉(zhuǎn)編碼器15輸出的信號反饋給風(fēng)室伺服控制器6的X12端，由此形成電機(jī)的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，使電機(jī)的工作情況會變的更加穩(wěn)定、可靠，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的精確控制，其余六個從控制伺服器的工作原理與結(jié)構(gòu)和風(fēng)室伺服控制器6完全相同，這種伺服跟隨控制系統(tǒng)常被稱為“電子齒輪”系統(tǒng)，它使得機(jī)組結(jié)構(gòu)簡化，便于維護(hù)，降低了污染。
所述重量自動控制系統(tǒng)以可編程邏輯控制器1和工控機(jī)2為核心，同時還包括了數(shù)據(jù)采集裝置4、重量控制裝置13，其中數(shù)據(jù)采集裝置4采用放射性物質(zhì)掃描探頭，重量控制裝置13則是由第1～2固態(tài)繼電器SSR1、SSR2及劈刀升降電機(jī)SM構(gòu)成，如圖5所示，所述工控機(jī)2是用于重量信號的數(shù)據(jù)采集、重量控制程序的數(shù)值標(biāo)定(如煙支重量的標(biāo)準(zhǔn)值，標(biāo)準(zhǔn)值的正、負(fù)偏差等等)以及對所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、顯示，所述數(shù)據(jù)采集裝置4是用于對煙支進(jìn)行重量掃描，并將掃描得到的信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電壓值(Vo+)，同時將模擬電壓值(Vo+)信號連接到工控機(jī)2的A/D采集卡上的(Vi+)端口上，這樣工控機(jī)2將得到的煙支重量與所標(biāo)定值進(jìn)行比較分析，并通過串行通信口B向可編程邏輯控制器1的串行通信口A發(fā)出動作信號，可編程邏輯控制器1將根據(jù)得到的信號做出相應(yīng)的動作，即Q44.1、Q44.2端是否有信號輸出，如圖5所示，將Q44.1及Q44.2端輸出信號分別連接到第1～2固態(tài)繼電器SSR1、SSR2的輸入端，將第1～2固態(tài)繼電器SSR1、SSR2的一端分別接交流電源(110伏)，另一端接劈刀升降電機(jī)SM的正、負(fù)繞阻端，公共端接地，則當(dāng)Q44.1輸出信號為1時，劈刀升降電機(jī)SM的正繞阻端得電而使得電機(jī)上升；同理當(dāng)Q44.2端輸出信號為1時，劈刀升降電機(jī)SM的負(fù)繞阻端得電而使得電機(jī)下降；當(dāng)Q44.1、Q44.2端輸出信號為0時，劈刀升降電機(jī)SM的正、負(fù)繞阻端都未得電而使得電機(jī)保持原位置不動。本實(shí)用新型在這種控制方式下，徹底的改變了原來采用單片機(jī)重量自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試、修改、校正的不便，以及抗干擾能力差的缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型的可編程邏輯控制器1采用何種型號，可根據(jù)實(shí)際需要而定，本實(shí)施例采用SIEMENS S7-300；所述觸摸式工控機(jī)2采用市購產(chǎn)品；所述伺服控制器，全部采用由德國派克公司生產(chǎn)的控制伺服器型號，具體型號分別刀頭伺服控制器5，風(fēng)室伺服控制器6、劈刀伺服控制器7、布帶輪伺服控制器8、撥煙輪伺服控制器9、接裝主傳動伺服控制器10采用COMPAX-M系列產(chǎn)品；膠輥伺服控制器11、水松紙伺服控制器12采用COMPAX-S系列產(chǎn)品，伺服電機(jī)采用德國派克公司生產(chǎn)的HDY和HJ系列交流三相伺服電機(jī)，標(biāo)示為M3～，亦可根據(jù)實(shí)際需要而定采用其他產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種超九卷接機(jī)組的智能電控改進(jìn)裝置，其特征在于以觸摸式工控機(jī)、可編程邏輯控制器為控制核心，包括數(shù)據(jù)采集與集中管理系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、重量自動控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)采集與集中管理系統(tǒng)由可編程邏輯控制器(1)、工控機(jī)(2)、各種傳感器(3)組成，所述各種傳感器輸出檢測信號為可編程邏輯控制器(1)的輸入信號，可編程邏輯控制器(1)與工控機(jī)(2)通過串行通訊口相連；所述伺服控制系統(tǒng)以可編程邏輯控制器(1)為核心，以刀頭伺服控制器(5)為主伺服控制器，還包括作為伺服控制跟蹤系統(tǒng)的風(fēng)室伺服控制器(6)，劈刀伺服控制器(7)，布帶輪伺服控制器(8)，撥煙輪伺服控制器(9)，接裝主傳動伺服控制器(10)，膠輥伺服控制器(11)，水松紙伺服控制器(12)，可編程邏輯控制器(1)輸出的信號分別接至主伺服控制器及伺服控制跟蹤系統(tǒng)中每個伺服器的控制端；所述重量自動控制系統(tǒng)以可編程邏輯控制器(1)及工控機(jī)(2)為核心，還包括重量掃描裝置(4)和重量控制裝置(13)，其中重量掃描裝置(4)的輸出連接到工控機(jī)(2)，可編程邏輯控制器(1)與工控機(jī)(2)通過串行通訊口連接在一起，可編程邏輯控制器(1)的輸出信號還連至重量控制裝置(13)。
2.按照權(quán)利要求1所述超九卷接機(jī)組的智能電控改進(jìn)裝置，其特征在于所述各種傳感器分別被安裝在超九卷接機(jī)組的各自檢測位置上。
3.按照權(quán)利要求1所述超九卷接機(jī)組的智能電控改進(jìn)裝置，其特征在于所述伺服控制系統(tǒng)中每個伺服控制器均設(shè)有相對應(yīng)的伺服電機(jī)。
4.按照權(quán)利要求1所述超九卷接機(jī)組的智能電控改進(jìn)裝置，其特征在于所述伺服控制跟蹤系統(tǒng)的七個伺服控制器都以編碼器總線的模式與刀頭伺服控制器(5)連接在一起。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種超九卷接機(jī)組的智能電控改進(jìn)裝置，它以觸摸式工控機(jī)、可編程邏輯控制器為控制核心，包括數(shù)據(jù)采集與集中管理系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、重量自動控制系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)采集與集中管理系統(tǒng)為各種傳感器接至與工控機(jī)相連的可編程邏輯控制器結(jié)構(gòu)；伺服控制系統(tǒng)以刀頭伺服控制器為主伺服控制器，還包括作為伺服控制跟蹤系統(tǒng)的七個伺服控制器，可編程邏輯控制器分別接至每個伺服控制器；重量自動控制系統(tǒng)包括重量掃描裝置和重量控制裝置，重量掃描裝置的輸出連接到工控機(jī)，可編程邏輯控制器與工控機(jī)及控制重量控制裝置相連。它結(jié)構(gòu)簡單，具有運(yùn)行穩(wěn)定、噪聲小、維護(hù)方便等特點(diǎn)。
文檔編號A24C1/00GK2590394SQ02251218

公開日2003年12月10日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者杜勁松, 金明, 鄧志堅, 焦玉平, 楊旭 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所