专利名称：超九卷接机组的智能电控改进装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于烟草机械，具体地说是一种超九卷接机组(SUPER9/PA9)的智能电控改进装置。
背景技术：
超九卷接机组是我国二十世纪九十年代从英国进口的中高档卷接设备，原机组电气控制装置布局分散，机械结构复杂，存在以下问题1.原超九卷接机组机械传动机构较复杂，精密齿轮较多，价格昂贵，对润滑系统及密封要求较严格，容易漏油，噪声污染严重。
2.原超九卷接机组采用微机处理芯片及多种印刷线路板组成的控制系统故障率高，且故障的查找不便，排除困难，致使整机工作效率较低，浪费严重。
3.原超九卷接机组重量控制系统采用单片微型机控制，现场的调试，修改，校正等都十分不便。
4.原超九卷接机组无数据采集与集中管理功能，设备的维修、保养都没有数据资料可查。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种超九卷接机组的智能电控改进装置，它全面改造了原纷繁复杂的机械传动结构，全面提升原超九卷接机组性能，使其稳定性及有效作业率显著提高，并降低噪声污染。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是以触摸式工控机、可编程逻辑控制器为控制核心，包括数据采集与集中管理系统、伺服控制系统、重量自动控制系统，其中所述数据采集与集中管理系统由可编程逻辑控制器、工控机、各种传感器组成，所述各种传感器分别被安装在超九卷接机组的各自检测位置上，其输出检测信号连接到可编程逻辑控制器的输入点，并且通过串行通讯口、用屏蔽电缆线将可编程逻辑控制器与工控机连接在一起；所述伺服控制系统以可编程逻辑控制器为核心，以刀头伺服控制器为主伺服控制器，还包括作为伺服控制跟踪系统的风室伺服控制器，劈刀伺服控制器，布带轮伺服控制器，拨烟轮伺服控制器，接装主传动伺服控制器，胶辊伺服控制器，水松纸伺服控制器，所述伺服控制系统中每个伺服控制器均设有相对应的伺服电机，可编程逻辑控制器输出的信号分别接至每个伺服控制器的控制端，实现对伺服器运动的控制；所述重量自动控制系统以可编程逻辑控制器及工控机为核心，还包括重量扫描装置和重量控制装置，其中重量扫描装置用于对烟支进行重量扫描，并将扫描得到的信号转变为模拟电压值，输出的模拟电压值被连接到工控机的A/D采集卡上，可编程逻辑控制器通过串行通讯口、用屏蔽电缆线与工控机连接在一起，可编程逻辑控制器的输出信号还连接至控制重量控制装置，用来控制烟支的重量。
与原有技术相比，本实用新型的优点和积极效果如下1.具备数据采集功能。本实用新型用高新技术改造传统产业，利用数字控制技术和网络通信技术，增加机组的智能化管理，克服了原机设备的维修、保养都没有数据资料可查的不便，为机组的维护与备件的存储提供了可靠的资料。
2.本实用新型以可编程逻辑控制器和触摸式工业控制计算机为核心，对原超九卷接机组(SUP9/PA9)电控系统进行了全面彻底的改造，去掉原有齿轮传动机构，采用电子齿轮，全面提升原超九卷接机组性能；简化了机组结构，极大的降低了运行成本，操作简单，并消除了漏油等毛病，使得机组稳定性及有效作业率显著提高，降低噪声污染，保护了环境。
3.采用可编程逻辑控制器加触摸式工业控制计算机(简称工控机)的集中控制方式，取代了原机组的微处理器加线路板方式；与目前超九卷接机组(SUP9/PA9)电控系统的运行状况相比(一般机器运行平均每分钟5000支，而且故障停机率非常频繁，故障停机时间平均为2至4个小时左右，年损失产值上百万元)，采用改造后的本实用新型可以每分钟7000支的速度连续运行，可以在无故障的情况下运行，具有性能先进、运行稳定、可靠、维护方便的特点，能显著的提高生产效率，是该机组电气控制系统的更新换代产品，由此带来的经济效益是十分巨大。
4.本实用新型增加了一体化的重量控制功能，用工控机代替了原有的单片机对烟支进行重量控制，克服了原有的毛病，提高了控制系统的抗干扰能力，同时参数的修改，校正等都变得十分方便。
5.本实用新型还可广泛的应用于各型高速高档的香烟卷接机组的电控系统。
图1为本实用新型结构框图。
图2为图1中数据采集与集中管理系统原理图。
图3为图1中可编程逻辑控制器对刀头伺服控制器控制原理图。
图4为图1中风室伺服控制器跟踪刀头伺服控制器控制原理图。
图5为图1中重量自动控制系统的原理图。
图6为图1中伺服控制跟踪系统的结构原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型以触摸式工控机、可编程逻辑控制器为控制核心，包括数据采集与集中管理系统、伺服控制系统、重量自动控制系统，其中所述数据采集与集中管理系统以可编程逻辑控制器1及工控机2为核心，还包括各种传感器3，所述各种传感器3包括跑条传感器、断纸传感器、换盘纸传感器、以及接近传感器等等，分别安装在超九卷接机组的各自检测位置上，其输出检测信号则接至可编程逻辑控制器1的输入点(IN)；所述可编程逻辑控制器1、工控机2通过屏蔽电缆线将两者连接在一起，电缆的一端连接到工控机2的串行通信口B上，另一端连接在可编程逻辑控制器1的串行通信口A上(如图2所示)，工控机2和可编程逻辑控制器1以约定的协议进行通讯、交换数据；本系统可以方便的实现以下两方面功能一是用户可以将所须的参数通过触摸屏输入到工控机2内，工控机2再将参数下载到可编程逻辑控制器1中的相应数据单元，使得整个机组的工作参数发生变化；二是可编程逻辑控制器1能够把整个机组当前的运行情况、工作状态，如机器运行速度、开机时间记录、故障停机原因、产量、消耗等等信息发送给工控机2，工控机2把相应的信息显示到触摸屏上，同时信息还会被工控机2保存到自硬盘上，便于用户的日常维修与保养。
所述伺服控制系统是以可编程逻辑控制器1为核心，以刀头伺服控制器5为主伺服控制器，还包括作为伺服控制跟踪系统的风室伺服控制器6，劈刀伺服控制器7，布带轮伺服控制器8，拨烟轮伺服控制器9，接装主传动伺服控制器10，胶辊伺服控制器11，水松纸伺服控制器12七个伺服控制器，其中可编程逻辑控制器1输出接口分别与刀头伺服控制器5及伺服控制跟踪系统中七个伺服控制器相连，其中对刀头伺服控制器5的控制为主控制系统，可编程逻辑控制器1对其余七个伺服控制器实行简单控制，下面结合图3对主控制系统加以说明，所述可编程逻辑控制器1输出使能信号(Q36.1端)将使能信号连接到刀头伺服控制器5的使能端(I9)，决定刀头伺服控制器5工作与否，具体的说就是如果可编程逻辑控制器1有使能信号输出到刀头伺服控制器5，则刀头伺服控制器5被认为允许工作；否则，不能工作。将变阻器Ra的中间抽头连接到可编程逻辑控制器1模拟输入端(Vi)，另外两端则一端接地，另一端接电压Vcc，可见，调整中间抽头的位置则可编程逻辑控制器1模拟输入端(Vi)得到的电压会同时发生变化，因此可以通过调整中间抽头设定机组速度，即可编程逻辑控制器1将模拟端(Vi)得到的信号，转变为与可编程逻辑控制器1相匹配的模拟输出电压(Vo+)，此时若模拟端(Vi)得到的信号变大，则模拟输出电压(Vo+)也随之变大；反之，则相反；然后将此模拟输出电压(Vo+)连接到刀头伺服控制器5的模拟电压输入端(Ai+)，再将可编程逻辑控制器1的(Vo-)与可编程逻辑控制器1的(Ai-)连接在一起后共同接地；在刀头伺服控制器5得到使能信号(I9端)的条件下，其作为执行机构的刀头伺服电机(M1)的转速将由刀头伺服控制器5得到的模拟电压(Ai+)决定，即模拟电压大，则转速高；模拟电压小，则转速低。可见本实用新型不但可以决定主伺服控制器的工作与否，而且还能够实现对伺服电机转速调整；刀头伺服电机M1内装有旋转编码器14，将旋转编码器14输出的信号反馈给刀头伺服控制器5的X12端，由此形成电机的闭环控制结构，使电机的工作情况会变的更加稳定、可靠，实现对电机的精确控制；同理，可编程逻辑控制器1对伺服控制跟踪系统中其余七个伺服控制器实行简单控制，用来决定伺服控制器是否得到使能信号，即伺服控制器是否允许工作。
所述伺服控制跟随系统是以刀头伺服控制器5为主伺服控制器，以跟随主伺服近期制器5的风室伺服控制器6、劈刀伺服控制器7、布带轮伺服控制器8、拨烟轮伺服控制器9、接装主传动伺服控制器10、胶辊伺服控制器11、水松纸伺服控制器12为伺服控制跟踪系统，如图6所示，这种伺服控制系统代替了原机械齿轮传动结构，在此系统中刀头控制伺服器5和其余七个伺服控制器将在各自被定义的模式下工作，同步运行；风室控制伺服器6，劈刀控制伺服器7，布带轮控制伺服器8，拨烟轮控制伺服器9，接装主传动控制伺服器10，胶辊控制伺服器11，水松纸控制伺服器12均设有相对应的伺服电机M2，与刀头控制伺服器5的同步是通过刀头伺服电机M1上安装的旋转编码器来控制的，即当刀头伺服电机M1转速增加，则其余七个控制伺服器的伺服电机的转速也应增加；当刀头伺服电机M1转速减小，则其余七个控制伺服器的伺服电机的转速也应减小，由于每一个从控制伺服器跟随主控制伺服器的情况相同，下面结合图4以作为从伺服控制器的风室伺服控制器6跟随刀头伺服控制器5的原理为例加以详细的说明风室伺服控制器6与刀头伺服控制器5之间是通过编码器总线联系在一起的，在这种总线连接方式下，可以保证主、从伺服控制器之间的高速通信，避免了其他总线信息交换中产生的总线延迟，将一跟屏蔽电缆的两端分别与风室伺服控制器6的X13端和刀头伺服控制器5的X13端相连接，风室伺服控制器6将通过这根总线跟踪主伺服控制器同步运行，伺服电机M2内装有旋转编码器15，将旋转编码器15输出的信号反馈给风室伺服控制器6的X12端，由此形成电机的闭环控制结构，使电机的工作情况会变的更加稳定、可靠，实现对电机的精确控制，其余六个从控制伺服器的工作原理与结构和风室伺服控制器6完全相同，这种伺服跟随控制系统常被称为“电子齿轮”系统，它使得机组结构简化，便于维护，降低了污染。
所述重量自动控制系统以可编程逻辑控制器1和工控机2为核心，同时还包括了数据采集装置4、重量控制装置13，其中数据采集装置4采用放射性物质扫描探头，重量控制装置13则是由第1～2固态继电器SSR1、SSR2及劈刀升降电机SM构成，如图5所示，所述工控机2是用于重量信号的数据采集、重量控制程序的数值标定(如烟支重量的标准值，标准值的正、负偏差等等)以及对所得到的数据进行分析处理、显示，所述数据采集装置4是用于对烟支进行重量扫描，并将扫描得到的信号转变为模拟电压值(Vo+)，同时将模拟电压值(Vo+)信号连接到工控机2的A/D采集卡上的(Vi+)端口上，这样工控机2将得到的烟支重量与所标定值进行比较分析，并通过串行通信口B向可编程逻辑控制器1的串行通信口A发出动作信号，可编程逻辑控制器1将根据得到的信号做出相应的动作，即Q44.1、Q44.2端是否有信号输出，如图5所示，将Q44.1及Q44.2端输出信号分别连接到第1～2固态继电器SSR1、SSR2的输入端，将第1～2固态继电器SSR1、SSR2的一端分别接交流电源(110伏)，另一端接劈刀升降电机SM的正、负绕阻端，公共端接地，则当Q44.1输出信号为1时，劈刀升降电机SM的正绕阻端得电而使得电机上升；同理当Q44.2端输出信号为1时，劈刀升降电机SM的负绕阻端得电而使得电机下降；当Q44.1、Q44.2端输出信号为0时，劈刀升降电机SM的正、负绕阻端都未得电而使得电机保持原位置不动。本实用新型在这种控制方式下，彻底的改变了原来采用单片机重量自动控制系统的现场调试、修改、校正的不便，以及抗干扰能力差的缺点。
本实用新型的可编程逻辑控制器1采用何种型号，可根据实际需要而定，本实施例采用SIEMENS S7-300；所述触摸式工控机2采用市购产品；所述伺服控制器，全部采用由德国派克公司生产的控制伺服器型号，具体型号分别刀头伺服控制器5，风室伺服控制器6、劈刀伺服控制器7、布带轮伺服控制器8、拨烟轮伺服控制器9、接装主传动伺服控制器10采用COMPAX-M系列产品；胶辊伺服控制器11、水松纸伺服控制器12采用COMPAX-S系列产品，伺服电机采用德国派克公司生产的HDY和HJ系列交流三相伺服电机，标示为M3～，亦可根据实际需要而定采用其他产品。
权利要求1.一种超九卷接机组的智能电控改进装置，其特征在于以触摸式工控机、可编程逻辑控制器为控制核心，包括数据采集与集中管理系统、伺服控制系统、重量自动控制系统，其中所述数据采集与集中管理系统由可编程逻辑控制器(1)、工控机(2)、各种传感器(3)组成，所述各种传感器输出检测信号为可编程逻辑控制器(1)的输入信号，可编程逻辑控制器(1)与工控机(2)通过串行通讯口相连；所述伺服控制系统以可编程逻辑控制器(1)为核心，以刀头伺服控制器(5)为主伺服控制器，还包括作为伺服控制跟踪系统的风室伺服控制器(6)，劈刀伺服控制器(7)，布带轮伺服控制器(8)，拨烟轮伺服控制器(9)，接装主传动伺服控制器(10)，胶辊伺服控制器(11)，水松纸伺服控制器(12)，可编程逻辑控制器(1)输出的信号分别接至主伺服控制器及伺服控制跟踪系统中每个伺服器的控制端；所述重量自动控制系统以可编程逻辑控制器(1)及工控机(2)为核心，还包括重量扫描装置(4)和重量控制装置(13)，其中重量扫描装置(4)的输出连接到工控机(2)，可编程逻辑控制器(1)与工控机(2)通过串行通讯口连接在一起，可编程逻辑控制器(1)的输出信号还连至重量控制装置(13)。
2.按照权利要求1所述超九卷接机组的智能电控改进装置，其特征在于所述各种传感器分别被安装在超九卷接机组的各自检测位置上。
3.按照权利要求1所述超九卷接机组的智能电控改进装置，其特征在于所述伺服控制系统中每个伺服控制器均设有相对应的伺服电机。
4.按照权利要求1所述超九卷接机组的智能电控改进装置，其特征在于所述伺服控制跟踪系统的七个伺服控制器都以编码器总线的模式与刀头伺服控制器(5)连接在一起。
专利摘要本实用新型公开一种超九卷接机组的智能电控改进装置，它以触摸式工控机、可编程逻辑控制器为控制核心，包括数据采集与集中管理系统、伺服控制系统、重量自动控制系统，其中数据采集与集中管理系统为各种传感器接至与工控机相连的可编程逻辑控制器结构；伺服控制系统以刀头伺服控制器为主伺服控制器，还包括作为伺服控制跟踪系统的七个伺服控制器，可编程逻辑控制器分别接至每个伺服控制器；重量自动控制系统包括重量扫描装置和重量控制装置，重量扫描装置的输出连接到工控机，可编程逻辑控制器与工控机及控制重量控制装置相连。它结构简单，具有运行稳定、噪声小、维护方便等特点。
文档编号A24C1/00GK2590394SQ02251218
公开日2003年12月10日 申请日期2002年12月13日 优先权日2002年12月13日
发明者杜劲松, 金明, 邓志坚, 焦玉平, 杨旭 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所