烟支物理指标综合测量仪的制作方法

本发明涉及工业测量领域，特别是涉及一种烟支物理指标综合测量仪。

背景技术：

卷烟的产品质量主要由卷烟的物理指标决定，包括重量、圆周、长度、吸阻、硬度等，每一项都直接影响了卷烟的品质，如果出现异常，会造成产品质量问题，如：嘴棒掉头、卷烟烟纸漏气等。在生产车间需要使用专业的烟支物理指标综合测试仪对生产的卷烟物理指标进行测量，据国家计量部门提供的《卷烟和滤棒物理性能综合测试台检定规程》(JJG烟草01-2012文件)，对卷烟和滤棒物理指标综合测试仪的精度做出了明确的要求，标定后的综合测试仪的测量精度误差要求为卷烟重量0.005g以内，卷烟直径0.01mm以内，卷烟长度0.05mm以内，卷烟吸阻在标准值的1％以内。

常规的烟支物理指标综合测试仪成本高，性能不稳定，故障率较高，且精度较低。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种烟支物理指标综合测量仪，性能稳定，测量精确。

一种烟支物理指标综合测量仪，包括上位机、与所述上位机连接的PLC控制器和基于所述的PCL控制器设计的底层控制电路，所述PLC控制器连接料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元；

所述PLC控制器安装有PLC控制程序，所述上位机安装有上位机程序；

所述上位机程序初始化所述上位机与所述PLC控制器的通讯连接后，以预设的采样频率向所述PLC控制器发送测量指令，所述PLC控制程序根据所述测量指令驱动所述料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元工作获取相应的测量数据并向所述上位机发送测量反馈信号，所述上位机程序在接收到所述测量反馈信号时根据所述采样频率循环向所述PLC控制器发送测量指令。

在其中一个实施例中，所述上位机与所述料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元连接；

所述上位机程序在接收到所述测量反馈信号时，获取所述料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元获取的测量数据进行存储检测。

在其中一个实施例中，所述上位机与所述料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元以串口连接，所述上位机程序在接收到所述测量反馈信号时，打开、配置并读写所述串口以获取所述料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元获取的测量数据，并在获取所述测量数据后关闭所述串口。

在其中一个实施例中，所述上位机连接打印机，并通过所述打印机输出所述测量数据。

在其中一个实施例中，所述PLC控制程序根据所述测量指令建立多线程并行驱动所述料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元工作。

在其中一个实施例中，所述底层控制电路包括电源控制电路，所述电源控制电路包括5V、12V和24V开关电源，所述24V开关电源连接PLC控制器，所述PLC控制器与所述5V、12V开关电源连接的输入点之间连接有光电耦合电路。

在其中一个实施例中，所述圆周检测单元、长度检测单元为激光或光电投影传感器。

在其中一个实施例中，所述上位机程序通过Prodave程序初始化所述上位机与所述PLC控制器的通讯连接。

在其中一个实施例中，所述上位机程序通过Prodave程序初始化所述上位机与所述PLC控制器的通讯连接包括：

所述上位机程序通过Prodave程序创建所述上位机与所述PLC控制器的连接，激活所述连接对所述PLC控制器进行读写，并根据所述采样频率循环判断是否需要重复对所述PLC控制器进行读写，并在不需要重复对所述PLC控制器进行读写时，卸载所述连接。

以上所述烟支物理指标综合测量仪包括上位机、与所述上位机连接的PLC控制器和基于所述的PCL控制器设计的底层控制电路，以上连接可有效保证测量仪的稳定性；且在所述上位机程序初始化所述上位机与所述PLC控制器的通讯连接后，以预设的采样频率可精确的获取测量数据。

附图说明

图1为一实施例的烟支物理指标综合测量仪的结构连接示意图；

图2为电源模块的电路示意图；

图3为具有光电耦合电路的电路示意图；

图4为光电耦合电路的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一实施例的烟支物理指标综合测量仪包括上位机、与所述上位机连接的PLC控制器和基于所述的PCL控制器设计的底层控制电路，PLC控制器连接料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元；

PLC控制器安装有PLC控制程序，上位机安装有上位机程序；

上位机程序初始化上位机与PLC控制器的通讯连接后，以预设的采样频率向PLC控制器发送测量指令，PLC控制程序根据测量指令驱动料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元工作获取相应的测量数据并向上位机发送测量反馈信号，上位机程序在接收到测量反馈信号时根据采样频率循环向PLC控制器发送测量指令。

以上所述烟支物理指标综合测量仪包括上位机、与所述上位机连接的PLC控制器和基于所述的PCL控制器设计的底层控制电路，以上连接可有效保证测量仪的稳定性；且在所述上位机程序初始化所述上位机与所述PLC控制器的通讯连接后，以预设的采样频率可精确的获取测量数据。

可以知道的是，图1中的所述结构是实现本实施例的必要组成，本实施例包括但不限于其它必要的组成器件，如图1中显示的与上位机连接的本地数据库、数据采集服务器等。

根据国家烟草专卖局推行制定的《卷烟和滤棒物理性能综合测试台鉴定规程》JJG(烟草)01-2012文件。烟支物理指标综合测试仪是用于测试卷烟滤棒物理性能指标的测试仪器，物理指标主要包括重量、圆周、长度、吸阻、硬度等。

重量检测单元可以采用与电子天平类似的装置，直接对试样的质量进行称量；圆周检测单元可以采用激光或光电投影传感器，直接对试样的圆周(圆度)进行测量；长度检测单元可以采用激光或光电投影传感器，直接对试样的长度进行测量；吸阻检测单元是将试样气体体积流量稳定在17.5ml/s时，测量试样两端的压力差，从而得到试样的吸阻或压降；卷烟通风率检测单元是在通过试样气体体积流量稳定在17.5ml/s时，分别对试样各部位的通风流量进行测定，然后通过计算得出试样的通风率；硬度检测单元采用点压法，在规定时间内试样的径向受到一定压力，计算试样受力前后直径百分比得出试样的硬度。

具体而言，本实施例以西门子S7-300PLC为PLC控制器，并对应的设计底层控制电路。底层控制电路可以使传感器执行机构的工作电压与PLC控制器输入输出工作电压相匹配，且可方便为每个检测单元、PLC控制器和上位机等电器元件提供电源。且优化了各通讯层之间的线路布局，使整个底层控制电路结构简单、稳定性强，且PLC控制器应用普及度高，维护监控功能较强。

对应的，以西门子S7-300PLC为PLC控制器，优选以STEP7为基础设计PLC控制程序，在底层控制电路反馈检测信号的基础上，通过PLC控制器连接使能各检测单元、皮带、电机、气缸等器件的动作，实现测烟、排空、故障复位、标定等功能，并将参数调整到最佳状态。且以STEP7为基础设计PLC控制程序沿用烟机设备中程序的编写风格，逻辑缜密，有利于维护工作。

由于以西门子S7-300PLC为PLC控制器，而Prodave是由西门子公司对应推出的软件包，提供了动态链接库给windows的高级语言接口函数，使高级语言能对PLC存储区的数据进行读写。Prodave MPI/IE可以实现通过MPI和以太网两种通讯方式对PLC存储区的访问。Prodave用于与单个PLC通讯的小型系统，以便高级语言直接调用dll文件实现与PLC进行通讯，通讯速度快。为此，本实施例采用Prodave作为上位机与PLC控制器的通信基础，可以在不增加成本的前提下保证测烟数据能够准确、迅速的反应到上位机，并进行处理。可以知道的是，Prodave是西门子基于C环境开发的动态链接库，其中包含了与PLC链接的函数、读PLC内存的函数、读PLC中DB块的函数，各函数原型如下：

通讯连接函数：LoadConnection_ex6；

通讯断开函数：UnloadConnection_ex6；

读DB数据块函数：db_read_ex6；

写DB数据块函数：db_write_ex6。

对于本实施例而言，PLC控制程序根据测量指令驱动料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元工作获取相应的测量数据时，PLC控制程序可以根据测量指令建立多线程并行驱动料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元工作，以使各个测量单元独立工作，节省测量时间，提升测量效率。

其中，上位机程序通过Prodave程序初始化上位机与PLC控制器的通讯连接。具体的，上位机程序通过Prodave程序创建上位机与PLC控制器的连接，激活连接对PLC控制器进行读写，并根据采样频率循环判断是否需要重复对PLC控制器进行读写，并在不需要重复对PLC控制器进行读写时，卸载连接。

由以上可以知道，本实施例的综合测试仪主要运行在XP/WIN7 32位操作系统，优选WIN7系统，且需要安装prodave 6.0IE/MPI软件包。

为优化上位机程序，本实施例以VS2010作为开发环境，在VC++MFC框架下，采用SQL SERVER2000数据库，基于Prodave通讯技术和串口通讯，设计与PLC控制器、各测量单元及打印机相匹配的上位机程序。上位机程序与一般的桌面程序界面类似，包括常规控件的应用、文件操作、数据库的使用等，并可方便与各检测单元通信。由于上位机程序采用VC++开发的Windows应用，其程序性能稳定、运行效率高，无任何组件安装。

如图1中所示，上位机与料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元连接；

上位机程序在接收到测量反馈信号时，获取料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元获取的测量数据进行存储检测。上位机连接有打印机，对于测量数据，其可以通过打印机打印输出测量数据。

PLC控制程序根据测量指令驱动料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元工作获取相应的测量数据后，会向上位机发送测量反馈信号表示测量数据完毕，上位机程序会接收这些测量数据。具体的，上位机与料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元以串口连接，上位机程序在接收到测量反馈信号时，打开、配置并读写串口以获取料斗检测单元、重量检测单元、圆周检测单元、长度检测单元、吸阻检测单元获取的测量数据，并在获取测量数据后关闭串口。

本实施例中，为方便通讯，可以采用Windows应用程序编程接口(Windows API)提供串口通信功能，可以知道的是，其本质是通过调用计算机操作系统提供的一系列底层程序实现的。相较于利用MSComm控件实现串口通信，采用Windows API接口灵活性更好。通常，在使用串口时，分下下面步骤：

1)打开串口；

2)配置串口；

3)读写串口；

4)关闭串口。

其中，打开串口是用API函数CreateFile来打开或创建的，其原型为：

HANDLE CreateFile LPCTSTR lpFileName,DWORD dwDesiredAccess,

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

配置串口：在打开通讯设备句柄后，常常需要对串口进行一些初始化配置工作。这需要通过一个DCB结构来进行。DCB结构包含了诸如波特率、数据位数、奇偶校验和停止位数等信息。在查询或配置串口的属性时，可以用DCB结构来作为缓冲区。一般用CreateFile打开串口后，可以调用GetCommState函数来获取串口的初始配置。修改串口的配置时，需要先修改DCB结构，然后再调用SetCommState函数设置串口。

如图2所示，本实施例中，底层控制电路包括电源控制电路，电源控制电路包括5V、12V和24V开关电源，24V开关电源连接PLC控制器，PLC控制器与5V、12V开关电源连接的输入点之间连接有光电耦合电路。

可以知道的是，不同的器件需要不同的电压，因此，本实施例的电源控制电路包括5V、12V和24V开关电源。5V电源可以给光电传感器、步进电机、打印机等提供电源；12V电源可以给压力传感器、放大器电路、天平等提供电源；24V电源可以给激光传感器、PLC及模块、触摸屏等提供电源。对于输入输出电路，由于5V、12V和24V信号电压不匹配，需要在检测与PLC输入点之间额外的增加光电耦合电路。增加光电耦合电路后的电路图如图3所示，光电传感器输出信号为5V信号，与PLC数字量输入模块的24V输入信号电压不匹配，使用光电耦合电路将两个控制信号光电隔离。可以知道的是，光电耦合电路可以应用在各层的光电传感器上。

耦合器以光为媒介传输电信号，对输入、输出电信号有良好的隔离作用。光电耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED)，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出，完成电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光电耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大提高计算机工作的可靠性。具有原理如图4所示。需要指出的是，本实施例优选选择PHOENIX DEK-OE-5DC/24DC光电耦合器。

通常标准进口仪器的故障率大约在3％-5％(每70次测量2-3次故障)，本实施例的综合测试仪在实际应用中的故障率在3％以内。同时，本实施例在检测时，检测的精确满足以下要求：

质量检测单元：质量测量最大允许误差±0.005g；

圆周检测单元：直径测量最大允许误差±0.01mm；

吸阻检测单元：吸阻测量最大允许误差为标准值的±1％；

长度检测单元：长度测量单元最大允许误差±0.05mm；

通常进口综合测试仪的测量速度为每20支3分40秒或每20支3分50秒左右，本实施例的综合测试仪的在实际应用中的速度为每20支3分40秒以内。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。