本發(fā)明涉及工業(yè)測量領(lǐng)域，特別是涉及一種煙支物理指標(biāo)綜合測量儀。

背景技術(shù)：

卷煙的產(chǎn)品質(zhì)量主要由卷煙的物理指標(biāo)決定，包括重量、圓周、長度、吸阻、硬度等，每一項都直接影響了卷煙的品質(zhì)，如果出現(xiàn)異常，會造成產(chǎn)品質(zhì)量問題，如：嘴棒掉頭、卷煙煙紙漏氣等。在生產(chǎn)車間需要使用專業(yè)的煙支物理指標(biāo)綜合測試儀對生產(chǎn)的卷煙物理指標(biāo)進(jìn)行測量，據(jù)國家計量部門提供的《卷煙和濾棒物理性能綜合測試臺檢定規(guī)程》(JJG煙草01-2012文件)，對卷煙和濾棒物理指標(biāo)綜合測試儀的精度做出了明確的要求，標(biāo)定后的綜合測試儀的測量精度誤差要求為卷煙重量0.005g以內(nèi)，卷煙直徑0.01mm以內(nèi)，卷煙長度0.05mm以內(nèi)，卷煙吸阻在標(biāo)準(zhǔn)值的1％以內(nèi)。

常規(guī)的煙支物理指標(biāo)綜合測試儀成本高，性能不穩(wěn)定，故障率較高，且精度較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種煙支物理指標(biāo)綜合測量儀，性能穩(wěn)定，測量精確。

一種煙支物理指標(biāo)綜合測量儀，包括上位機(jī)、與所述上位機(jī)連接的PLC控制器和基于所述的PCL控制器設(shè)計的底層控制電路，所述PLC控制器連接料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元；

所述PLC控制器安裝有PLC控制程序，所述上位機(jī)安裝有上位機(jī)程序；

所述上位機(jī)程序初始化所述上位機(jī)與所述PLC控制器的通訊連接后，以預(yù)設(shè)的采樣頻率向所述PLC控制器發(fā)送測量指令，所述PLC控制程序根據(jù)所述測量指令驅(qū)動所述料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元工作獲取相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)并向所述上位機(jī)發(fā)送測量反饋信號，所述上位機(jī)程序在接收到所述測量反饋信號時根據(jù)所述采樣頻率循環(huán)向所述PLC控制器發(fā)送測量指令。

在其中一個實施例中，所述上位機(jī)與所述料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元連接；

所述上位機(jī)程序在接收到所述測量反饋信號時，獲取所述料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元獲取的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲檢測。

在其中一個實施例中，所述上位機(jī)與所述料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元以串口連接，所述上位機(jī)程序在接收到所述測量反饋信號時，打開、配置并讀寫所述串口以獲取所述料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元獲取的測量數(shù)據(jù)，并在獲取所述測量數(shù)據(jù)后關(guān)閉所述串口。

在其中一個實施例中，所述上位機(jī)連接打印機(jī)，并通過所述打印機(jī)輸出所述測量數(shù)據(jù)。

在其中一個實施例中，所述PLC控制程序根據(jù)所述測量指令建立多線程并行驅(qū)動所述料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元工作。

在其中一個實施例中，所述底層控制電路包括電源控制電路，所述電源控制電路包括5V、12V和24V開關(guān)電源，所述24V開關(guān)電源連接PLC控制器，所述PLC控制器與所述5V、12V開關(guān)電源連接的輸入點之間連接有光電耦合電路。

在其中一個實施例中，所述圓周檢測單元、長度檢測單元為激光或光電投影傳感器。

在其中一個實施例中，所述上位機(jī)程序通過Prodave程序初始化所述上位機(jī)與所述PLC控制器的通訊連接。

在其中一個實施例中，所述上位機(jī)程序通過Prodave程序初始化所述上位機(jī)與所述PLC控制器的通訊連接包括：

所述上位機(jī)程序通過Prodave程序創(chuàng)建所述上位機(jī)與所述PLC控制器的連接，激活所述連接對所述PLC控制器進(jìn)行讀寫，并根據(jù)所述采樣頻率循環(huán)判斷是否需要重復(fù)對所述PLC控制器進(jìn)行讀寫，并在不需要重復(fù)對所述PLC控制器進(jìn)行讀寫時，卸載所述連接。

以上所述煙支物理指標(biāo)綜合測量儀包括上位機(jī)、與所述上位機(jī)連接的PLC控制器和基于所述的PCL控制器設(shè)計的底層控制電路，以上連接可有效保證測量儀的穩(wěn)定性；且在所述上位機(jī)程序初始化所述上位機(jī)與所述PLC控制器的通訊連接后，以預(yù)設(shè)的采樣頻率可精確的獲取測量數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1為一實施例的煙支物理指標(biāo)綜合測量儀的結(jié)構(gòu)連接示意圖；

圖2為電源模塊的電路示意圖；

圖3為具有光電耦合電路的電路示意圖；

圖4為光電耦合電路的電路原理圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，一實施例的煙支物理指標(biāo)綜合測量儀包括上位機(jī)、與所述上位機(jī)連接的PLC控制器和基于所述的PCL控制器設(shè)計的底層控制電路，PLC控制器連接料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元；

PLC控制器安裝有PLC控制程序，上位機(jī)安裝有上位機(jī)程序；

上位機(jī)程序初始化上位機(jī)與PLC控制器的通訊連接后，以預(yù)設(shè)的采樣頻率向PLC控制器發(fā)送測量指令，PLC控制程序根據(jù)測量指令驅(qū)動料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元工作獲取相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)并向上位機(jī)發(fā)送測量反饋信號，上位機(jī)程序在接收到測量反饋信號時根據(jù)采樣頻率循環(huán)向PLC控制器發(fā)送測量指令。

以上所述煙支物理指標(biāo)綜合測量儀包括上位機(jī)、與所述上位機(jī)連接的PLC控制器和基于所述的PCL控制器設(shè)計的底層控制電路，以上連接可有效保證測量儀的穩(wěn)定性；且在所述上位機(jī)程序初始化所述上位機(jī)與所述PLC控制器的通訊連接后，以預(yù)設(shè)的采樣頻率可精確的獲取測量數(shù)據(jù)。

可以知道的是，圖1中的所述結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)本實施例的必要組成，本實施例包括但不限于其它必要的組成器件，如圖1中顯示的與上位機(jī)連接的本地數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器等。

根據(jù)國家煙草專賣局推行制定的《卷煙和濾棒物理性能綜合測試臺鑒定規(guī)程》JJG(煙草)01-2012文件。煙支物理指標(biāo)綜合測試儀是用于測試卷煙濾棒物理性能指標(biāo)的測試儀器，物理指標(biāo)主要包括重量、圓周、長度、吸阻、硬度等。

重量檢測單元可以采用與電子天平類似的裝置，直接對試樣的質(zhì)量進(jìn)行稱量；圓周檢測單元可以采用激光或光電投影傳感器，直接對試樣的圓周(圓度)進(jìn)行測量；長度檢測單元可以采用激光或光電投影傳感器，直接對試樣的長度進(jìn)行測量；吸阻檢測單元是將試樣氣體體積流量穩(wěn)定在17.5ml/s時，測量試樣兩端的壓力差，從而得到試樣的吸阻或壓降；卷煙通風(fēng)率檢測單元是在通過試樣氣體體積流量穩(wěn)定在17.5ml/s時，分別對試樣各部位的通風(fēng)流量進(jìn)行測定，然后通過計算得出試樣的通風(fēng)率；硬度檢測單元采用點壓法，在規(guī)定時間內(nèi)試樣的徑向受到一定壓力，計算試樣受力前后直徑百分比得出試樣的硬度。

具體而言，本實施例以西門子S7-300PLC為PLC控制器，并對應(yīng)的設(shè)計底層控制電路。底層控制電路可以使傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作電壓與PLC控制器輸入輸出工作電壓相匹配，且可方便為每個檢測單元、PLC控制器和上位機(jī)等電器元件提供電源。且優(yōu)化了各通訊層之間的線路布局，使整個底層控制電路結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性強(qiáng)，且PLC控制器應(yīng)用普及度高，維護(hù)監(jiān)控功能較強(qiáng)。

對應(yīng)的，以西門子S7-300PLC為PLC控制器，優(yōu)選以STEP7為基礎(chǔ)設(shè)計PLC控制程序，在底層控制電路反饋檢測信號的基礎(chǔ)上，通過PLC控制器連接使能各檢測單元、皮帶、電機(jī)、氣缸等器件的動作，實現(xiàn)測煙、排空、故障復(fù)位、標(biāo)定等功能，并將參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)。且以STEP7為基礎(chǔ)設(shè)計PLC控制程序沿用煙機(jī)設(shè)備中程序的編寫風(fēng)格，邏輯縝密，有利于維護(hù)工作。

由于以西門子S7-300PLC為PLC控制器，而Prodave是由西門子公司對應(yīng)推出的軟件包，提供了動態(tài)鏈接庫給windows的高級語言接口函數(shù)，使高級語言能對PLC存儲區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。Prodave MPI/IE可以實現(xiàn)通過MPI和以太網(wǎng)兩種通訊方式對PLC存儲區(qū)的訪問。Prodave用于與單個PLC通訊的小型系統(tǒng)，以便高級語言直接調(diào)用dll文件實現(xiàn)與PLC進(jìn)行通訊，通訊速度快。為此，本實施例采用Prodave作為上位機(jī)與PLC控制器的通信基礎(chǔ)，可以在不增加成本的前提下保證測煙數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確、迅速的反應(yīng)到上位機(jī)，并進(jìn)行處理?？梢灾赖氖?，Prodave是西門子基于C環(huán)境開發(fā)的動態(tài)鏈接庫，其中包含了與PLC鏈接的函數(shù)、讀PLC內(nèi)存的函數(shù)、讀PLC中DB塊的函數(shù)，各函數(shù)原型如下：

通訊連接函數(shù)：LoadConnection_ex6；

通訊斷開函數(shù)：UnloadConnection_ex6；

讀DB數(shù)據(jù)塊函數(shù)：db_read_ex6；

寫DB數(shù)據(jù)塊函數(shù)：db_write_ex6。

對于本實施例而言，PLC控制程序根據(jù)測量指令驅(qū)動料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元工作獲取相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)時，PLC控制程序可以根據(jù)測量指令建立多線程并行驅(qū)動料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元工作，以使各個測量單元獨立工作，節(jié)省測量時間，提升測量效率。

其中，上位機(jī)程序通過Prodave程序初始化上位機(jī)與PLC控制器的通訊連接。具體的，上位機(jī)程序通過Prodave程序創(chuàng)建上位機(jī)與PLC控制器的連接，激活連接對PLC控制器進(jìn)行讀寫，并根據(jù)采樣頻率循環(huán)判斷是否需要重復(fù)對PLC控制器進(jìn)行讀寫，并在不需要重復(fù)對PLC控制器進(jìn)行讀寫時，卸載連接。

由以上可以知道，本實施例的綜合測試儀主要運行在XP/WIN7 32位操作系統(tǒng)，優(yōu)選WIN7系統(tǒng)，且需要安裝prodave 6.0IE/MPI軟件包。

為優(yōu)化上位機(jī)程序，本實施例以VS2010作為開發(fā)環(huán)境，在VC++MFC框架下，采用SQL SERVER2000數(shù)據(jù)庫，基于Prodave通訊技術(shù)和串口通訊，設(shè)計與PLC控制器、各測量單元及打印機(jī)相匹配的上位機(jī)程序。上位機(jī)程序與一般的桌面程序界面類似，包括常規(guī)控件的應(yīng)用、文件操作、數(shù)據(jù)庫的使用等，并可方便與各檢測單元通信。由于上位機(jī)程序采用VC++開發(fā)的Windows應(yīng)用，其程序性能穩(wěn)定、運行效率高，無任何組件安裝。

如圖1中所示，上位機(jī)與料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元連接；

上位機(jī)程序在接收到測量反饋信號時，獲取料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元獲取的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲檢測。上位機(jī)連接有打印機(jī)，對于測量數(shù)據(jù)，其可以通過打印機(jī)打印輸出測量數(shù)據(jù)。

PLC控制程序根據(jù)測量指令驅(qū)動料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元工作獲取相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)后，會向上位機(jī)發(fā)送測量反饋信號表示測量數(shù)據(jù)完畢，上位機(jī)程序會接收這些測量數(shù)據(jù)。具體的，上位機(jī)與料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元以串口連接，上位機(jī)程序在接收到測量反饋信號時，打開、配置并讀寫串口以獲取料斗檢測單元、重量檢測單元、圓周檢測單元、長度檢測單元、吸阻檢測單元獲取的測量數(shù)據(jù)，并在獲取測量數(shù)據(jù)后關(guān)閉串口。

本實施例中，為方便通訊，可以采用Windows應(yīng)用程序編程接口(Windows API)提供串口通信功能，可以知道的是，其本質(zhì)是通過調(diào)用計算機(jī)操作系統(tǒng)提供的一系列底層程序?qū)崿F(xiàn)的。相較于利用MSComm控件實現(xiàn)串口通信，采用Windows API接口靈活性更好。通常，在使用串口時，分下下面步驟：

1)打開串口；

2)配置串口；

3)讀寫串口；

4)關(guān)閉串口。

其中，打開串口是用API函數(shù)CreateFile來打開或創(chuàng)建的，其原型為：

HANDLE CreateFile LPCTSTR lpFileName,DWORD dwDesiredAccess,

DWORD dwShareMode,LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,DWORD dwCreationDistribution,WORD dwFlagsAndAttributes,HANDLE h TemplateFile)。

配置串口：在打開通訊設(shè)備句柄后，常常需要對串口進(jìn)行一些初始化配置工作。這需要通過一個DCB結(jié)構(gòu)來進(jìn)行。DCB結(jié)構(gòu)包含了諸如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗和停止位數(shù)等信息。在查詢或配置串口的屬性時，可以用DCB結(jié)構(gòu)來作為緩沖區(qū)。一般用CreateFile打開串口后，可以調(diào)用GetCommState函數(shù)來獲取串口的初始配置。修改串口的配置時，需要先修改DCB結(jié)構(gòu)，然后再調(diào)用SetCommState函數(shù)設(shè)置串口。

如圖2所示，本實施例中，底層控制電路包括電源控制電路，電源控制電路包括5V、12V和24V開關(guān)電源，24V開關(guān)電源連接PLC控制器，PLC控制器與5V、12V開關(guān)電源連接的輸入點之間連接有光電耦合電路。

可以知道的是，不同的器件需要不同的電壓，因此，本實施例的電源控制電路包括5V、12V和24V開關(guān)電源。5V電源可以給光電傳感器、步進(jìn)電機(jī)、打印機(jī)等提供電源；12V電源可以給壓力傳感器、放大器電路、天平等提供電源；24V電源可以給激光傳感器、PLC及模塊、觸摸屏等提供電源。對于輸入輸出電路，由于5V、12V和24V信號電壓不匹配，需要在檢測與PLC輸入點之間額外的增加光電耦合電路。增加光電耦合電路后的電路圖如圖3所示，光電傳感器輸出信號為5V信號，與PLC數(shù)字量輸入模塊的24V輸入信號電壓不匹配，使用光電耦合電路將兩個控制信號光電隔離。可以知道的是，光電耦合電路可以應(yīng)用在各層的光電傳感器上。

耦合器以光為媒介傳輸電信號，對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用。光電耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出，完成電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光電耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機(jī)數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大提高計算機(jī)工作的可靠性。具有原理如圖4所示。需要指出的是，本實施例優(yōu)選選擇PHOENIX DEK-OE-5DC/24DC光電耦合器。

通常標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)口儀器的故障率大約在3％-5％(每70次測量2-3次故障)，本實施例的綜合測試儀在實際應(yīng)用中的故障率在3％以內(nèi)。同時，本實施例在檢測時，檢測的精確滿足以下要求：

質(zhì)量檢測單元：質(zhì)量測量最大允許誤差±0.005g；

圓周檢測單元：直徑測量最大允許誤差±0.01mm；

吸阻檢測單元：吸阻測量最大允許誤差為標(biāo)準(zhǔn)值的±1％；

長度檢測單元：長度測量單元最大允許誤差±0.05mm；

通常進(jìn)口綜合測試儀的測量速度為每20支3分40秒或每20支3分50秒左右，本實施例的綜合測試儀的在實際應(yīng)用中的速度為每20支3分40秒以內(nèi)。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。