專利名稱：具有控制功能的新型卷煙生產(chǎn)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機在卷煙生產(chǎn)中的應(yīng)用技術(shù)。
從80年代以來，對卷煙生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的專用計算機系統(tǒng)，已有用Z80微機控制的集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都存在以下的缺陷和不足1.功能少采集的數(shù)據(jù)僅有煙支的產(chǎn)量、嘴棒、盤紙和水松紙消耗，而對設(shè)備的運行狀態(tài)沒有可靠檢測，尤其是沒有降低對生產(chǎn)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(xiàn)在數(shù)據(jù)檢測精度低；數(shù)據(jù)保存和傳輸可靠性差，易受電網(wǎng)和其他干擾造成數(shù)據(jù)丟失；系統(tǒng)硬件因隔離，散熱和防塵措施不當(dāng)而易損壞；易發(fā)生死機。
本發(fā)明目的是在已有卷煙生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集裝置的基礎(chǔ)上，提供一種克服已有裝置的不足，具有多功能、高精度、高可靠性的卷煙生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
為達到上述目的，本發(fā)明通訊控制機(下稱″通訊機″)和前臺數(shù)據(jù)檢測機(下稱″前臺機’)均采用Intel 8098準(zhǔn)十六位高性能單片機擴展系統(tǒng)，并在軟件和硬件上均采取了措施，以提高檢測精度和通訊、數(shù)據(jù)保存的可靠性。
本發(fā)明還采取以下步驟一.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(chǎn)的無嘴煙檢測產(chǎn)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(jiān)測卷煙機組停、開、速度和生產(chǎn)狀態(tài)等，并據(jù)之實現(xiàn)跑條時的減速告警、停機和開機生產(chǎn)時的同步供咀、供水紙等降耗控制，從而降低機組出現(xiàn)跑條等異常運行時的原輔材料消耗。
本發(fā)明通過增加″跑條″和″機器周期″兩路傳感器與相應(yīng)的前臺機軟件結(jié)合實現(xiàn)對卷煙生產(chǎn)機組開、停、調(diào)機和運行速度，狀態(tài)等的檢測，并據(jù)之實現(xiàn)本發(fā)明前臺機對生產(chǎn)機組的閉環(huán)控制功能。具體敘述如下
″跑條″信號，是通過對機組剛卷制成功的長條卷煙，切割后形成的未接咀煙的計數(shù)檢測取得的信號，見附圖9，其中4為″跑條″傳感器，當(dāng)機組運轉(zhuǎn)，長條卷煙即會形成(在不缺煙絲、盤紙時)。其在通過切刀3處常會出現(xiàn)堵、卡等異常狀態(tài)，使長條煙積聚于刀口前機臺上，這就叫″跑條″，它造成消耗材料而無產(chǎn)品。本發(fā)明對之檢測后，即可根據(jù)其發(fā)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(chǎn)中，本發(fā)明還根據(jù)上述跑條傳感器對未接咀煙的準(zhǔn)確計數(shù)，如圖3所示意控制機組供咀和供水松紙機構(gòu)，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(zhǔn)確同步，降低生產(chǎn)中濾咀棒和水松紙的消耗。
如圖9所示″機器周期″信號傳感器是采用霍爾元件2對固定于生產(chǎn)機組主軸1或同步輪、盤上的磁鋼檢測，采集機組運行的精確速度。與″跑條″等傳感器配合，實現(xiàn)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(shù)檢測中各種因素引起的誤差，提高系統(tǒng)精度以及與這些傳感器配合，分析統(tǒng)計出設(shè)備的開、停和調(diào)機時間，有效作業(yè)率等數(shù)據(jù)，提供給考核和管理部門。
二.為提高檢測精度和掉電、干擾時數(shù)據(jù)保存的可靠性，通訊機和前臺機均用準(zhǔn)十六位高性能單片機，并在軟件和硬件上采取了如下措施；1.高可靠的數(shù)據(jù)保存技術(shù)以軟、硬件結(jié)合，對RAM的寫數(shù)據(jù)端口作了進一步保護；2.硬件上在各路傳感器檢測信號的輸入端均采用光電隔離技術(shù)；3.軟件采取數(shù)據(jù)多份拷貝校驗的辦法。
三.提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?.通訊機和前臺機I/O口均與通訊線路實行全光電隔離；2.在通訊機軟件上同時采取三項技術(shù)措施a.超時處理；b.異或校驗；c.非正常數(shù)據(jù)自動剔除。
四.適合惡劣工作環(huán)境的前臺機防塵、散墊設(shè)計。
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。


圖1本發(fā)明系統(tǒng)整體構(gòu)成框圖2.1本發(fā)明前臺機構(gòu)成框圖；圖2.2前臺機軟件主程序流程圖；圖2.3采樣中斷處理子程序流程圖；圖3脈沖電平信號轉(zhuǎn)換原理和時序圖；圖4軟、硬件結(jié)合RAM防誤寫控制原理圖；圖5數(shù)據(jù)多份拷貝示意圖；圖6通訊機、前臺機與通訊線路聯(lián)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(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖，本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由若干臺前臺機、1臺通訊機和1臺上位管理機三級構(gòu)成。前臺機根據(jù)多路傳感器的信號進行狀態(tài)檢測及計數(shù)、保存，并根據(jù)通訊機的指令實時將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至通訊機，通訊機將接收的數(shù)據(jù)校驗并處理保存，當(dāng)接到上位管理微機通訊指令后，將所保存的數(shù)據(jù)向上位機發(fā)送，上位機據(jù)此進行處理、顯示及打印。
圖2.1是實施例前臺機的構(gòu)成框圖，在各路傳感器信號的輸入端，均采用光電隔離技術(shù)。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、跑條信號傳感器采用光電傳感器，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采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(jīng)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。傳感器采取獨立供電，完全斷絕前臺機主板與外部線路的電氣聯(lián)系，避免由傳感器串入的各種電氣干擾進入主板，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(fā)送信號線，(3)線為前臺機向通訊機的發(fā)送信號線，(4)線為通訊線路獨立地線。通訊過程是當(dāng)通訊機向前臺機發(fā)送信號時，TXD由高電平變?yōu)榈碗娖?，?jīng)反向器U1A驅(qū)動光電耦合器U3，使4.5端導(dǎo)通，此導(dǎo)通電流使T1管飽和，這樣在通訊線路上即有電流經(jīng)電源→(1)線→穩(wěn)壓管Z2→R8→U5輸入端→(2)線→經(jīng)C極至地T1；電流流經(jīng)U51.2端，使U5輸出5端(RXDI)由高電平變?yōu)榈碗娖?，通訊機的信號即被前臺機接收。而當(dāng)前臺機向通訊機發(fā)回信號時，TXDI產(chǎn)生的低電平信號，經(jīng)反向器U2A驅(qū)動光電耦合器U6使4.5端導(dǎo)通，此導(dǎo)通電流使T2飽和，電流由電源→穩(wěn)壓管Z1→R5→U4輸入端→(3)線→T2C極至地。該電流回路使U4輸出端5(RXD)由高電平轉(zhuǎn)為低電平，前臺機的信號被通訊機接收。由于通訊機和各前臺機之間的輸入，輸出口都設(shè)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(shè)置降低了不通訊時的線路阻抗，防止通訊線路上感應(yīng)電壓的建立，D1、D2的設(shè)置，使通訊線上感應(yīng)產(chǎn)生的負電壓信號對地形成一回路，從而將感應(yīng)信號吸收。Z1、Z2消除了線路上的低感應(yīng)電壓，這樣避免了通訊機和前臺機及各前臺機之間的相互干擾，克服了電網(wǎng)等環(huán)境對通訊線路產(chǎn)生的干擾因素，保證通訊的安全可靠。
本發(fā)明前臺機的軟件主程序是見圖2.21.關(guān)中斷；2.設(shè)置堆棧指針；3.初始化；4.校驗數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)；5.初始化I/O口、串行口；6.該地址開關(guān)給MYNAM；7.根據(jù)當(dāng)前班次設(shè)定DPTR值；8.開中斷；9.開機？；10.調(diào)機計時；11.傳感器信號全？；12.正常工作狀態(tài)計數(shù)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？。
前臺機軟件子程序見圖2.31.復(fù)位100ms計數(shù)器；2.取數(shù)據(jù)區(qū)起始地址；3.取8253四個計數(shù)值加入RAM區(qū)；4.復(fù)制兩份；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(fā)明軟件采取多份拷貝的辦法，見圖2.3采樣中斷處理流程圖″復(fù)制兩份″，以提高數(shù)據(jù)的可靠性，每次數(shù)據(jù)采集后，重復(fù)拷貝兩份，加上原存貯的一份共三份，見圖5，采集的數(shù)據(jù)存入始址為ADD1的數(shù)據(jù)區(qū)，然后拷貝的兩份，一份存入始址為ADD3的數(shù)據(jù)區(qū)，另一份存入始地址為ADD5的數(shù)據(jù)區(qū)，每次上電復(fù)位或定時監(jiān)視器的自動復(fù)位后進入主程序流程，比較三份數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)容(圖2.2中校驗數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù))，當(dāng)三份數(shù)據(jù)全等時，才確定數(shù)據(jù)正確，進入工作程序，如只有二份數(shù)據(jù)相等時，則認為第三份數(shù)據(jù)有誤，改寫正確后再進入工作程序，當(dāng)三份數(shù)據(jù)全不相同時，表示數(shù)據(jù)有誤，顯示出錯指示，具體做法a.置標(biāo)志寄存器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(nèi)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(shù)據(jù)區(qū)比較是否結(jié)束即BX的內(nèi)容是否等于原始數(shù)據(jù)區(qū)末地址+1，若沒結(jié)束返回bd.分析R0、R1、R2的結(jié)果并作相應(yīng)處理。
I. R0、R1、R2全為″0″，數(shù)據(jù)正確，程序正常運行；II. R0、R1、R2全為″1″，數(shù)據(jù)有誤，顯示出錯指示；III. R0＝0；R1＝1；R2＝1拷貝2數(shù)據(jù)有誤，原數(shù)據(jù)區(qū)和拷貝1數(shù)據(jù)正確，復(fù)制原數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)至拷貝2。
IV. R0＝1；R1＝0；R2＝1原數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)有誤，拷貝1和拷貝2數(shù)據(jù)正確，復(fù)制拷貝1數(shù)據(jù)至原數(shù)據(jù)區(qū)。
V. R0＝1；R1＝1；R2＝0拷貝1數(shù)據(jù)有誤，原數(shù)據(jù)區(qū)和拷貝2數(shù)據(jù)正確，復(fù)制原數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)至拷貝1。
二.在通訊軟件上采取a.超時處理在通訊機中采用MOTOROLA MC146818芯片，該芯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(fā)明在初始化該片時，置中斷為每秒鐘發(fā)生一次的定時中斷，當(dāng)通訊機對某一前臺機發(fā)出命令后開此中斷并計數(shù)，當(dāng)計數(shù)值大于1秒后，仍收不到前臺機發(fā)回的數(shù)據(jù)，則作超時錯誤處理。
b.異或校驗技術(shù)每一前臺機發(fā)送到通訊機的數(shù)據(jù)包增加一個字節(jié)的冗余信息，作為異或校驗碼和數(shù)據(jù)包同時發(fā)送到通訊機，通訊機據(jù)此字節(jié)作異或校驗以判斷是否在傳輸中發(fā)生錯誤。
前臺機發(fā)送到通訊機的數(shù)據(jù)每幀為64個字節(jié)，發(fā)送時把它們依次做異或運算，例如第一字節(jié)0001 0011，第三字節(jié)1100 0000，第二字節(jié)0011 1000，第四字節(jié)0011 0011，第一字節(jié)異或第二字節(jié)得00010011+ 00111000結(jié)果1 11010100把結(jié)果1再異或第三字節(jié)得11010100+ 11000000結(jié)果2 11101011把結(jié)果2再異或第四字節(jié)得11101011+ 00110011結(jié)果3 00100111以此類推直至第64字節(jié)，計算完畢后所得結(jié)果作為發(fā)送校驗字節(jié)隨后發(fā)往通訊機，通訊機接收數(shù)據(jù)后也按同樣算法，對64字節(jié)的數(shù)據(jù)計算出接收校驗字節(jié)，最后，把接收校驗字節(jié)與前臺機發(fā)送來的發(fā)送校驗字節(jié)作比較，若兩字節(jié)完全相同，則此幀數(shù)據(jù)發(fā)送正確，否則為數(shù)據(jù)在發(fā)送過程中出現(xiàn)錯誤，通訊機作出錯處理。
c.非正常數(shù)據(jù)拒接收在每一前臺機數(shù)據(jù)區(qū)中，固定幾個字節(jié)存放預(yù)先設(shè)定的常數(shù)，如第一、第五、第九、第十三字節(jié)預(yù)置為全″0″。當(dāng)因工業(yè)現(xiàn)場干擾，電網(wǎng)抖動等原因引起數(shù)據(jù)區(qū)錯誤時，這幾個字節(jié)的數(shù)據(jù)就會隨之變化而不為全″0″，通訊機在接收指定的前臺機數(shù)據(jù)進行核對時，依次檢查這幾個字節(jié)的值，若有一個不為全″0″，就認為此前臺機數(shù)據(jù)有誤，拒絕接受該機臺數(shù)據(jù)，并作出出錯指示。
圖4是本發(fā)明抗干擾、掉電數(shù)據(jù)保護電路，是對RAM的寫數(shù)據(jù)端口采取進一步的控制措施，圖中把RAM的WR端經(jīng)電阻R1與掉電保護電源正極聯(lián)接，使其無寫信號時對被固定在高電平(禁寫狀態(tài))，8098在程序正常運行時，地址線經(jīng)過地址鎖存，地址譯碼電路，譯碼選中一鎖存器，由鎖存器中的一位例如Q7和8098的WR信號作″與″操作，形成RAM寫端口的控制信號，當(dāng)程序被干擾不能正常運行時，Q7因經(jīng)電阻R2接地而被拉成低電平關(guān)閉了RAM的寫信號端口，防止了RAM中數(shù)據(jù)被誤寫而遭破壞。當(dāng)程序和電路正常運行后，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(shù)據(jù)操作。
圖3是脈沖/電平信號轉(zhuǎn)換原理和時序圖，本發(fā)明的實施例采用高速計數(shù)/計時器元件8253作為檢測器件，把從傳感器送來的″跑條″脈沖信號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(tài)下，給定的SGO周期數(shù)內(nèi)(圖3為設(shè)定4個″機器″信號周期)，SG1有脈沖輸入，跑條狀態(tài)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(tài)信號，既可用之實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)檢測，還可據(jù)此對機組在異常運行時實行減速，報警和停機等控制，并以此實現(xiàn)進口卷接機組PA8、MK8和國產(chǎn)YJ系列等自動化程度不高的卷煙機組供嘴棒，水松紙準(zhǔn)確同步的自動控制，降低原輔材料的消耗。
本發(fā)明對前臺機采用全封閉結(jié)構(gòu)，不用風(fēng)機散熱，解決了前臺機在生產(chǎn)現(xiàn)場工作的防粉塵問題。而將其主要發(fā)熱元件絕緣固定在前臺機后板內(nèi)側(cè)，機殼后蓋或底板加厚，染黑，使其具有散熱片功能，將機內(nèi)的熱量通過其傳導(dǎo)至機外，降低機內(nèi)溫度，從而解決了環(huán)境粉塵污染和散熱的矛盾，保證前臺機長時間可靠地運行。
權(quán)利要求
1.一種多功能高精度卷煙生產(chǎn)數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)，其特征在于，是由Intel8098單片機擴展系統(tǒng)構(gòu)成上位機，通訊控制機和前臺數(shù)據(jù)采集控制機組成的，前臺機采用全封閉結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，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(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，前臺機的軟件主程序是(1)關(guān)中斷，(2)設(shè)置堆棧指針；(3)初始化；(4)檢驗數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)；(5)初始化I/O串行口；(6)該地址開關(guān)給MYNAM；(7)根據(jù)當(dāng)前哪次設(shè)定DPTR值；(8)開中斷；(9)開機？；(10)調(diào)機計時；(11)傳感器信號全？；(12)正常工作狀態(tài)計數(shù)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(fù)位100ms計數(shù)器；(2)取數(shù)據(jù)區(qū)起始地址；(3)取8253四個計數(shù)值加入RAM區(qū)；(4)復(fù)制兩份；(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(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述全封閉的前臺機的機殼蓋或底板＞2毫米，并將電源、穩(wěn)壓和其它發(fā)熱元件裝在其內(nèi)側(cè)，實現(xiàn)熱量的外傳導(dǎo)，解決密封無風(fēng)機結(jié)構(gòu)的散熱。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述前臺機軟件上采取多份拷貝校驗的辦法，即每次數(shù)據(jù)采集后重復(fù)拷貝若干份，根據(jù)相互比較情況，向設(shè)置的標(biāo)致寄存器賦值，再根據(jù)寄存器的內(nèi)容，判別出錯數(shù)據(jù)區(qū)，對之重新拷貝。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊機軟件采取超時處理，異或校驗和自動剔除非正常數(shù)據(jù)三種技術(shù)措施，以提高通訊的可靠性。
7.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，前臺機內(nèi)的跑條信號傳感器，實現(xiàn)對跑條狀態(tài)監(jiān)視，統(tǒng)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(chǎn)出的尚未接嘴煙的計數(shù)和機器周期傳感器的檢測信號，實現(xiàn)對濾嘴棒和水松紙供應(yīng)的準(zhǔn)確同步控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及計算機在卷煙生產(chǎn)中的應(yīng)用技術(shù)。本發(fā)明采用Intel 8098單片機擴展系統(tǒng)構(gòu)成上位機，通訊控制機和前臺數(shù)據(jù)采集控制機組成，且前臺機采用全封閉結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在計算機軟件、硬件上都采取了措施，以提高檢測精度和通訊數(shù)據(jù)保存的可靠性。本發(fā)明裝置應(yīng)用在卷煙生產(chǎn)中增加了控制功能，提高了數(shù)據(jù)檢測精度和可靠性，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，是非常實用的卷煙生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
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(yōu)先權(quán)日1996年7月24日
發(fā)明者楊德來, 連翠華, 杜世平, 李家勤, 宋炳超 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所