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浅析复合滤棒成型机滤棒缝隙及切割位置检测与控制系统的设计和应

发布时间:2019-05-31 09:10 来源:未知 编辑:admin

  本文简述了复合滤棒成型机中独立CPU单片机系统与PROFIBUS总线通讯的使用方法,对复合滤棒成型机缝隙及切割位置检测系统与控制系统的设计及应用进行了分析。

  【关键词】复合滤棒成型机 滤嘴缝隙与切割位置检测 独立CPU PROFIBUS总线 单片机 设计与应用

  随着行业改革发展的不断深入,卷烟工业企业对烟用滤嘴材料和滤嘴结构的开发要求也越来越高。许昌烟机公司设计生产的YL43型复合滤棒成型机通过单片机P89V51RD2FA系统,利用西门子公司设计的ROFIBUS-DP总线,由PROFIBUS总线与PLC进行数据交换,由PLC控制伺服电机动作,完成对复合滤棒缝隙及切割位置检测系统的控制,可满足卷烟工业企业对滤棒生产工艺的多样化需求。

  复合滤棒的滤嘴部分由两种或两种以上不同材质的滤棒段组成,如图1所示。其中一段含有吸附材料,其余为醋纤等普通材料。目前,较常用的复合滤棒主要包括复合活性炭滤棒、复合无纺布滤棒、复合分子筛滤棒等。复合滤棒成型机则是以几种成品滤棒为原料,各自切割成一定长度的滤棒段,然后交替被送到供料带上,再由滤棒纸卷制成滤棒条,经切刀按一定长度切割后即为成品复合滤棒。

  合格的滤棒一般要求各滤棒段缝隙应小于0.3毫米,切割部位应位于复合滤棒段的中心位置,偏差范围在正负0.5毫米之间。在生产过程中,由于机械传动、机械磨损及传送带打滑、布带张紧度疲劳等原因,容易出现滤棒段间缝隙过大、切割位置变化等问题。原有机器检测系统是靠驱动步进电机调整刀头切割齿轮箱来保证切割位置的,滤棒段间缝隙大小基本符合设计要求,但由于精确度不高,对单支滤棒的品质有一定的影响。另外,原有的检测系统还要依靠人工目测的方法判断成型滤棒段间缝隙的大小,成品棒的合格率无法得到有效控制和提高。新开发的检测系统能够在线检测出滤棒段缝隙大小及切割位置的变化,输出控制信号通过伺服系统调整相应的机构,减小缝隙并保证切口位于复合滤棒段的中心位置。该检测系统具有与PROFIBUS总线进行数据交互传递的功能,能够控制并检测复合滤棒的缝隙、切割位置的调整以及超差复合棒剔除的整个过程。

  复合滤棒缝隙及切割位置检测系统主要由光电检测系统、信号处理与通讯接口系统、人机界面、PROFIBUS-DP总线、轴编码器、剔除阀等部分组成。如图2所示。

  光电检测系统可以检测出产生的缝隙以及切口位置的偏差信号,然后通过复杂可编程逻辑器件(CPLD)数字信号处理传送到信号处理与通讯接口系统,在单片机P89V51RD2中,由该系统程序根据轴编码器来的与切刀同步的反映切割位置的Z脉冲,计算出每支滤棒相对于标准滤棒的偏差值。根据这一偏差值可得出每支滤棒的切割位置偏差与缝隙大小。将该值与人机界面上设定的门限值比较,如果超出控制门限,会产生切割位置切口相位“+”或“-”、缝隙过大过小等信号。这些信号将被送至PLC,PLC进行相应处理后输出控制命令到伺服控制系统,调节布带伺服电机或供料伺服电机相对于主轴伺服电机的相位。当切口位置偏“+”时,可适当瞬时增加烟枪布带伺服对于主轴伺服电机的相位;反之,则瞬时减少布带伺服电机对于主轴伺服电机的相位。

  当滤棒拼接缝隙过大时,可适当增加供料伺服电机对于主轴伺服电机的相位,以减小缝隙。根据触摸屏显示的缝隙偏差值,PROFIBUS总线可以读取废品门限,对超出范围的进行剔除。在剔除过程中,还需要通过PROFIBUS 总线进行剔除路径的设置,由P89V51RD2FA计算出废品后在准确的时间打开剔除阀进行准确剔除。在生产过程中,复合滤棒还会出现缺段次品、拼接头次品(滤棒纸用完后,使用另一卷滤棒纸过程中会出现拼接头)。要解决这一问题,可以通过在界面上设定剔除路径来剔除废品数量,然后通过PROFIBUS总线完成废品剔除。

  该系统触摸屏通过RS-485和信号处理与通讯系统的连接,使信号处理单元、伺服系统、PLC系统等都在PROFIBUS总线上,具有功能完善、结构合理、稳定性强等特点。

  复合滤棒缝隙及切割位置检测系统采用了飞利浦公司生产的P89V51RD2单片机。这是一款80C51微控制器,包含64KBFLASH容量,工作频率可以达到40M。该单片机的典型特性是它的X2方式选项。利用该选项,设计者可使应用程序以传统的80C51时钟频率获得两倍的吞吐量。这种设计特性的好处是在保证其特性的前提下,减半单片机系统的工作频率,极大地降低电磁干扰(EMI)。其64KBFLASH程序存储器可以支持在线系统编程(ISP),ISP允许对成品中的器件进行重复、在线.PROFIBUS总线硬件设计

  PROFIBUS总线电路为微控制器提供了可靠的保护,并能在单片机开启电源时自动复位,关闭电源时防止因程序出现错误导致的SPC3中数据被修改。另外,该总线还增加了手动复位,在设备调试或者出现故障时,可通过自动复位和手动复位相结合的方式使整套系统同时复位。

  系统中核心通讯器件SPC3有8根数据线根地址线位地址线与数据线复用,外接单片机的不同会使SPC3的一些管脚所接电平不同,相应的意义也不同。这一点与别的接口片子有很大区别,外接89C52的连线的管脚完全兼容。

  由PLC硬件中断捕捉住复合滤棒缝隙及切割位置检测系统发出指令,在由PLC系统根据检测系统不同的指令来分别调整布带、供料伺服电机相对与刀头伺服相位,从而使复合滤棒控制在工艺要求范围内。PLC系统可根据控制指令分别进行自动或手动调整,将刀头伺服电机轴编码器分成1048576等份。比如,生产滤棒长144毫米,刀盘每转一圈产生288毫米嘴棒,若要使布带伺服电机相位每增加或减少0.1毫米,就要在刀头伺服电机轴编码器位置上叠加或减少364数值,跟踪刀头伺服电机的布带伺服电机相位随着改变,从而达到修改相位的目的。同时,其他伺服电机下达另一指令,使其相位保证不变。

  该系统目前已在YL43复合滤棒成型机上安装,并应用于生产。从具体运行情况来看,复合滤棒缝隙大小可以根据用户需求调整;缝隙超差、缺段废品能够被准确剔除;切割相位超出触摸屏设定范围后会发出一指令脉冲,PLC根据发出的指令调整不同伺服电机相位,从而将复合滤棒切割位置控制在工艺要求范围内,并将切割相位超差准确剔除,使用效果良好。

  【主要作者简介】赵宗华,现任职于许昌烟机公司技术中心,主要从事烟草机械的设计开发与制造工作。

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