專利名稱：一種卷煙機數(shù)據(jù)通信、監(jiān)控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種煙草機械中的通信及監(jiān)控技術，具體地說是一種 利用現(xiàn)場總線進行通信的卷煙機數(shù)據(jù)通信、監(jiān)控裝置。
背景技術：
卷煙生產(chǎn)過程中使用的檢測單元用來在線檢測煙支生產(chǎn)質(zhì)量，包括煙 支的密度、空頭、漏氣及缺嘴等檢測，并對不合格煙支準確剔除。原先使 用的煙支在線檢測單元主要通過多塊硬件電路板來實現(xiàn)，存在以下一些問
題
1. 沒有完整的與監(jiān)控器進行數(shù)據(jù)通信的裝置，無法直接監(jiān)測當前傳感 器的檢測結果和煙支信息統(tǒng)計結果等實時數(shù)據(jù)，不利于搡作人員對當前生 產(chǎn)情況及機器運行狀況做出直接準確的分析判斷。
2. 對于不同的煙支品牌更換以及機械調(diào)整帶來的參數(shù)調(diào)整，往往需要 專業(yè)人員通過對檢測單元中印刷電路板上的撥碼開關重新設置來修改設定 參數(shù)，不能在線操作，造成很多不便。
3. 釆用了多塊印刷電路板，接口關系復雜，故障率高，由于沒有監(jiān)控 器在線監(jiān)控測試功能， 一旦出現(xiàn)問題，在分散的多塊電路板上很難找出原 因，給調(diào)試維修帶來很大困難。

實用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術中存在的上述缺陷，本實用新型要解決的技術問題是提 供一種能夠更加直觀監(jiān)測到當前機組的運行狀況，提升系統(tǒng)的工作性能， 并增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的卷煙機數(shù)據(jù)通信、監(jiān)控裝置。 為了解決上述技術問題，本實用新型釆用的技術方案是 本實用新型一種卷煙機數(shù)據(jù)通信、監(jiān)控裝置包括煙支檢測單元，在 線釆集卷煙機各質(zhì)量檢測信號的實時數(shù)據(jù)，并對上述數(shù)據(jù)進行分析，剔除 不合格煙支；監(jiān)控器，通過現(xiàn)場總線接收煙支檢測單元上傳的實時數(shù)據(jù)，
對該數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、更新、保存；設置煙支檢測單元所需的控制參數(shù)，并
下傳至煙支檢測單元。
所述煙支檢測單元包括中央處理器、A/D轉換模塊、廢煙剔除模塊及總 線收發(fā)器，其中中央處理器由其內(nèi)部的輸入輸出單元通過A/D轉換模塊接收 來自卷煙機的各類傳感器信號，對上述各傳感器信號的數(shù)據(jù)進行分析處理，
經(jīng)輸入輸出單元輸出信號至廢煙剔除模塊控制執(zhí)行裝置將廢煙剔除；中央 處理器由總線收發(fā)器通過現(xiàn)場總線與監(jiān)控器進行通訊連接；所述總線收發(fā) 器通過光電隔離器與中央處理器中的總線控制器耦合連接。本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點
1. 本實用新型中的上位機和下位機通過現(xiàn)場總線方式進行通訊，可以 在上位機的操作界面上對檢測單元的設定參數(shù)在線修改，并能夠隨時了解 所需要的來自下位機的檢測數(shù)據(jù)及統(tǒng)計數(shù)據(jù)，上位機監(jiān)控器采用全中文友 好界面，以圖形方式提供給用戶，使操作人員更加方便的對檢測單元進行 控制。
2. 本實用新型可以通過監(jiān)控器實時觀測到各個煙支檢測單元的通信狀 態(tài)、傳感器信號以及輸入輸出點狀態(tài)， 一旦出現(xiàn)故障，在監(jiān)測畫面上可以 很快做出判斷，大大縮短了故障修復時間。
3. 本實用新型采用的方法中使用的現(xiàn)場總線通信是一種有效支持分布 式控制系統(tǒng)和實時控制的串行通信網(wǎng)絡，信號穩(wěn)定，抗干擾能力強，具有 突出的可靠性、實時性和靈活性，很好的解決了監(jiān)控器和煙支檢測單元各 結點之間的通信頻繁、數(shù)據(jù)對象和種類繁多的問題。
4. 本實用新型以數(shù)字信號處理代替原先的模擬電路作為控制核心，模 擬電路的性能受元器件參數(shù)性能影響變化比較大，相對而言數(shù)字系統(tǒng)受環(huán) 境溫度及噪聲影響小，可靠性高，與其他以現(xiàn)代數(shù)字技術為基礎的系統(tǒng)或 設備的接口都是相互兼容的，相互配合工作來實現(xiàn)本實用新型的功能要比 模擬系統(tǒng)容易得多。
5. 本實用新型釆用了現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)通訊，預留接口給企業(yè)管理信息系
統(tǒng)，為企業(yè)信息聯(lián)網(wǎng)提供了方便，使企業(yè)內(nèi)部可以建立全面的數(shù)據(jù)分析和 決策支持，為煙草企業(yè)信息化建設發(fā)揮了重要作用。
6. 本實用新型釆用的方法中使用的通信協(xié)議是在CAN協(xié)議的基礎上， 利用擴展幀的29位識別碼形成自己的編碼系統(tǒng)，既滿足了通用現(xiàn)場總線協(xié) 議的要求來保證通信的通用性，也有自己的應用層協(xié)議，使得系統(tǒng)有更強 的保密性。


圖l為本實用新型結構示意圖2為本實用新型中煙支檢測單元的電氣原理框圖3為本實用新型中煙支檢測單元與總線的連接示意圖4為本實用新型采用的方法中通信協(xié)議幀結構說明圖5為本實用新型釆用的方法流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
圖l為本實用新型基于中央處理器(本實施例釆用DSP,型號為TI公司 的TMS320F28x系列)的卷煙機數(shù)據(jù)通信、監(jiān)控裝置的結構示意圖，包括上 位機即監(jiān)控器l(本實施例釆用觸摸屏工控機)及下位機即煙支檢測單元(本 實施例包括用于檢測煙支密度的第1煙支檢測單元2及用于檢測煙支稀釋 度、空頭、缺濾嘴等質(zhì)量指標的第2煙支檢測單元3)，本實用新型的拓撲結構為總線結構，釆用一主多從的方式，以監(jiān)控器l為主站，內(nèi)部配置網(wǎng)絡通 訊卡，煙支檢測單元為從站，即第1煙支檢測單元2為從站1，第2煙支檢測
單元3為從站2，和主站一起均掛在現(xiàn)場總線上作為通訊節(jié)點，從站l和從站 2地位平等，通過軟件在內(nèi)部設置不同的網(wǎng)絡地址來區(qū)別。
如圖2所示，第l、 2煙支檢測單元2、 3分別用來完成不同的檢測功能， 其結構相同，(包括中央處理器8、 A/D轉換模塊9、廢煙剔除模塊10及總線 收發(fā)器12)其中中央處理器8為控制核心，其內(nèi)部的輸入輸出單元7通過A/D 轉換模塊9接收來自卷煙機的各類傳感器信號，對上述各類傳感器信號的數(shù) 據(jù)進行分析處理，將數(shù)字量值通過數(shù)據(jù)總線和地址總線保存到中央處理器8 的內(nèi)置存儲器4中，通過中央處理器8的處理器內(nèi)核5對存儲器4內(nèi)的數(shù)據(jù)分 析判斷，對煙支質(zhì)量如稀釋度和缺嘴等情況進行判定， 一旦發(fā)現(xiàn)問題，對 煙支作標記，當質(zhì)量出現(xiàn)問題的煙支在生產(chǎn)過程中到達特定位置時(如卷 煙機剔除鼓輪在轉動過程中經(jīng)過的某個固定位置)，經(jīng)輸入輸出單元7輸出 信號至廢煙剔除模塊IO,由廢煙剔除模塊10發(fā)出剔除信號，控制執(zhí)行裝置 (如設于卷煙機剔除鼓輪后端的氣動閥)將廢煙剔除，并更新存內(nèi)置儲器 中4的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；中央處理器8由總線收發(fā)器12通過現(xiàn)場總線與監(jiān)控器進行 通訊連接，將內(nèi)置存儲器中4的統(tǒng)計數(shù)據(jù)及時上傳給監(jiān)控器l。
為了使現(xiàn)場總線上的電平與中央處理器8內(nèi)部的控制器輸出電平相匹 配，釆用高速總線收發(fā)器12配合中央處理器8內(nèi)部的總線控制器6工作，總 線收發(fā)器12與高速光電隔離器件13、 14構成電平轉換隔離電路，如圖3所示， 把總線控制器6的端口A和B經(jīng)過光電隔離13、 14后與總線收發(fā)器12的端口D 端和R端相連，現(xiàn)場總線再與總線收發(fā)器12的端口H端和L端相連，完成電 氣隔離和電平轉換功能，實現(xiàn)高可靠性串行通訊。
如圖5所示，本實用新型通過上位機(監(jiān)控器)和下位機(煙支檢測單 元)配合執(zhí)行上位機流程及下位機流程實現(xiàn)其控制過程，具體如下
監(jiān)控器向煙支檢測單元發(fā)送讀寫命令，同時設置定時器開始等待回應；
煙支檢測單元在檢測到監(jiān)控器發(fā)來的命令后，由煙支檢測單元的主程 序跳轉到接收中斷程序；
煙支檢測單元判斷接收到的監(jiān)控器發(fā)來的數(shù)據(jù)是否滿足通訊協(xié)議？如 果滿足，則解析數(shù)據(jù)，當解析為讀命令時，按照接收到的要讀的數(shù)據(jù)起始 地址和數(shù)據(jù)長度從內(nèi)置存儲器4中讀出數(shù)據(jù)，并按照通訊協(xié)議對數(shù)據(jù)打包并 保存到發(fā)送郵箱，將響應數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控器；當解析為寫命令時，煙支檢 測單元首先對內(nèi)置存儲器4中的數(shù)據(jù)按照接收到的要寫入的內(nèi)存地址、數(shù)據(jù) 長度和數(shù)據(jù)內(nèi)容進行寫搡作，并對寫完的數(shù)據(jù)從內(nèi)置存儲器4中讀出并打包
保存到發(fā)送郵箱，發(fā)送給監(jiān)控器；
煙支檢測單元的接收中斷結束，返回煙支檢測單元的主程序； 監(jiān)控器判斷是否接收到煙支檢測單元發(fā)送的響應幀數(shù)據(jù)？ 如果接收到，則判斷煙支檢測單元向監(jiān)控器發(fā)送的響應幀數(shù)據(jù)是否滿足通訊協(xié)議，如果滿足，則解析數(shù)據(jù)命令，當數(shù)據(jù)解析為讀命令時，直接 將結果保存起來并作為監(jiān)控顯示，表明本次通信成功，成功次數(shù)加l;當解 析為寫命令時，判斷讀回的數(shù)據(jù)與要寫入數(shù)據(jù)是否相同，如相同，則表明
本次通信成功，成功次數(shù)加l;如果讀回的數(shù)據(jù)與要寫入數(shù)據(jù)不一致，則再 向煙支檢測單元進行寫操作，本實施例中如果連續(xù)三次不成功，則認為通 信失敗，在監(jiān)控器上顯示通信錯誤，并記錄失敗次數(shù)，本次通信結東。
如果煙支檢測單元向監(jiān)控器發(fā)送的響應幀數(shù)據(jù)不滿足通訊協(xié)議，例如 要求讀寫數(shù)據(jù)的地址超出設定范圍或命令不能識別等等，則監(jiān)控器顯示通 信失敗，并記錄失敗次數(shù)；本次通信結東。
如果監(jiān)控器在設定時間內(nèi)沒有接收到煙支檢測單元發(fā)送的響應幀數(shù) 據(jù)，則監(jiān)控器顯示通信失敗，并記錄失敗次數(shù)；本次通信結東。
如果煙支檢測單元接收到的監(jiān)控器的數(shù)據(jù)不滿足通訊協(xié)議，例如讀寫 數(shù)據(jù)的地址超出設定范圍或命令不能識別等等，則向監(jiān)控器發(fā)送錯誤幀信 息，通知監(jiān)控器發(fā)送信息已接收到，但是數(shù)據(jù)不滿足協(xié)議，煙支檢測單元 的接收中斷結東。
如圖4所示，所述通信協(xié)議以CAN總線協(xié)議為基礎，使用信息幀傳遞信 息，CAN本身有標準信息幀和擴展幀兩種信息幀，本實施例使用了擴展幀， 包含29位識別碼，對29位識別碼制定相應的數(shù)據(jù)定義，利用其形成自己的 通信協(xié)議，由識別碼組成的信息單元由五部分組成，其意義如下
1. 命令字符由3位組成，識別數(shù)據(jù)幀類型，判斷是讀命令、寫命令還 是錯誤幀；
2. 數(shù)據(jù)起始地址IO位字符組成，事先監(jiān)控器和煙支檢測單元已約定好 數(shù)據(jù)所在的相對地址表，監(jiān)控器根據(jù)要讀取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)將相對地址發(fā)送 給煙支檢測單元，從而保證雙方數(shù)據(jù)和地址的對應；
3. 源地址3位字符組成，標志發(fā)送方地址；
4. 目的地址3位字符組成，標志接收方地址；
5. 數(shù)據(jù)長度IO位字符組成，給出要讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)的個數(shù)，根f,數(shù)據(jù) 起始地址和數(shù)據(jù)長度這兩個參數(shù)，就可以靈活的選擇內(nèi)存屮的任意一塊地 址范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)作為對象來進行讀寫。
通訊協(xié)議的制定首先將29位標識碼根據(jù)通訊協(xié)議拆分，得到有效信 息(命令字符、數(shù)據(jù)起始地址、源地址、目的地址以及數(shù)據(jù)長度)；對發(fā) 送方和接收方源地址和目的地址進行地址過濾，判斷數(shù)據(jù)是否為發(fā)送方發(fā) 送給該節(jié)點的信息，如果是則分析命令字符為讀命令還是寫命令；根據(jù)數(shù) 據(jù)起始地址和數(shù)據(jù)長度判斷要讀寫的數(shù)據(jù)是否超過內(nèi)置存儲器4的讀寫范 圍。如果上述條件均符合，則認為滿足協(xié)議，可進行下一步的讀寫操作。
權利要求1.一種卷煙機數(shù)據(jù)通信、監(jiān)控裝置，其特征在于包括煙支檢測單元，輸入端與采集卷煙機各質(zhì)量檢測信號的實時數(shù)據(jù)相連；監(jiān)控器(1)，通過現(xiàn)場總線接收煙支檢測單元上傳的實時數(shù)據(jù)；設置煙支檢測單元所需的控制參數(shù)，并下傳至煙支檢測單元。
2. 按權利要求l所述的卷煙機數(shù)據(jù)通信、監(jiān)控裝置，其特征在于所 述煙支檢測單元包括中央處理器(8 )、 A/D轉換模塊(9 )、廢煙剔除模塊(10 ) 及總線收發(fā)器(12)，其中中央處理器(8)由其內(nèi)部的輸入輸出單元(7) 通過A/D轉換模塊(9)接收來自卷煙機的各類傳感器信號，對上述各傳感 器信號的數(shù)據(jù)進行分析處理，經(jīng)輸入輸出單元(7)輸出信號至廢煙剔除模 塊(10)控制執(zhí)行裝置將廢煙剔除；中央處理器(8)由總線收發(fā)器(12) 通過現(xiàn)場總線與監(jiān)控器(1)進行通訊連接。
3. 按權利要求2所述的卷煙機數(shù)據(jù)通信、監(jiān)控裝置，其特征在于所 述總線收發(fā)器(12)通過光電隔離器與中央處理器(8)中的總線控制器(6) 耦合連接。
專利摘要本實用新型涉及一種卷煙機數(shù)據(jù)通信、監(jiān)控裝置，包括煙支檢測單元，在線采集卷煙機各質(zhì)量檢測信號的實時數(shù)據(jù)，并對上述數(shù)據(jù)進行分析，剔除不合格煙支；監(jiān)控器，通過現(xiàn)場總線接收煙支檢測單元上傳的實時數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、更新、保存；方法包括監(jiān)控器向煙支檢測單元發(fā)送讀寫命令；觸發(fā)接收中斷，如果煙支檢測單元接收的數(shù)據(jù)滿足通訊協(xié)議，則對內(nèi)置存儲器進行讀寫操作；向監(jiān)控器發(fā)送響應幀數(shù)據(jù)；如果接收到煙支檢測單元發(fā)送的響應幀數(shù)據(jù)，且滿足通訊協(xié)議，則表明本次通信成功。本實用新型信號穩(wěn)定，抗干擾能力強，具有突出的可靠性、實時性和靈活性，解決了監(jiān)控器和煙支檢測單元各結點之間的通信頻繁、數(shù)據(jù)對象和種類繁多的問題。
文檔編號G05B19/418GK201331699SQ20082023159
公開日2009年10月21日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權日2008年12月12日
發(fā)明者旭 楊, 焦玉平, 王光宇, 乾 趙, 潔 高 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所