一种YP11型装封箱机门安全防护系统的制作方法

所属的技术人员能够理解，本发明提供的yp11型装封箱机门安全防护系统的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。对本技术实施例进行进一步详细说明之前，对本技术实施例中涉及的名词和术语进行说明，本技术实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。末端电压是指线路末端的电压，指的是线电压。末端电压等于首端电压减去线路损耗压降。如图2所示，yp11装箱机防护门包括：s5：堆垛工位前壁防护门，s6：堆垛工位后防护门，s7：堆垛工位后壁防护门，s8：入箱推进工位左防护门，s9：入箱推进工位左防护门，s10：撑箱工位右防护门，s11：撑箱工位左防护门，s12：压紧工位右防护门，s13：压紧工位左防护门，14：卸料工位右防护门，s15：卸料工位左防护门，s17：堆垛工位横向输入防护门。防护门上对应设有防护开关，防护开关与防护门编码一致，即堆垛工位前壁防护门编号为s5，则对应的防护开关编号同为s5，防护开关包括常闭触点和常开触点，常闭触点串联形成控制回路，常开触点与plc控制器连接，plc控制器与显示装置连接，常开触点向plc控制器输送电信号，plc控制器基于电信号通过显示装置显示具体对应的防护开关处于开启状态。如图2所示，本发明的控制回路包括防护开关s5，防护开关s5常闭触点第一端与电源正极连接，s5常闭触点第二端与防护开关s6常闭触点第一端连接，防护开关s6常闭触点第二端与防护开关s7常闭触点第一端连接，防护开关s7常闭触点第二端与防护开关s8常闭触点第一端连接，防护开关s8常闭触点第二端与防护开关s9常闭触点第一端连接，防护开关s9常闭触点第二端与防护开关s10常闭触点第一端连接，防护开关s10常闭触点第二端与防护开关s11常闭触点第一端连接，防护开关s11常闭触点第二端与防护开关s12常闭触点第一端连接，防护开关s12常闭触点第二端与防护开关s13常闭触点第一端连接，防护开关s13常闭触点第二端与防护开关s14常闭触点第一端连接，防护开关s14常闭触点第二端与防护开关s15常闭触点第一端连接，防护开关s15常闭触点第二端与防护开关s17常闭触点第一端连接，防护开关s17常闭触点第二端与继电器k52常开触点第一端，继电器k52常开触点第二端与继电器k52线圈第一端连接，继电器k52线圈第二端与电源负极连接，继电器k52常开触点第一端与继电器k54常开触点第一端，继电器k54常开触点第二端与继电器k52常闭触点第一端连接，继电器k52常闭触点第二端与继电器k53常闭触点第一端连接，继电器k53常闭触点第二端与继电器k53线圈第一端连接，k53线圈第二端与电源负极连接，二极管a1阴极与继电器k52线圈第一端连接，二极管a1阳极与继电器k52线圈第二端连接，二极管a2阴极与继电器k53线圈第一端连接，二极管a2阳极与继电器k53线圈第二端连接。本发明将信号采集单元与控制回路连接，对控制回路中的防护开关的开关信号进行采集，如图3所示，信号采集单元包括信号采集电路，信号采集电路包括光耦隔离器，通过光耦隔离器使信号的输入输出与mcu控制单元之间完全电气隔离对原防护系统不存在任何干扰。控制回路中每个防护开关常闭触点第二端与第一电阻第一端连接，电阻第二端与光耦隔离器第一端连接，第一电阻采用阻值1.5为千欧的电阻，进行分压。光耦隔离器第二端接地，光耦隔离器第三端与5v电源连接，光耦隔离器第四端与第二电阻第一端连接，第二电阻第二端与发光二极管阳极连接，发光二极管阴极接地。第二电阻采用阻值220欧的电阻。本发明发光二极管对应显示防护开关常闭触点闭合状态，并通过光耦隔离器实现24v电源与5v电源的隔离，实现精准监测。本发明还设有监测单元，mcu控制单元与监测单元电连接，通过监测单元监测每个触点的电压和控制回路的末端电压，同时检测控制回路的总电流。mcu控制单元采用stc15单片机，如图1所示，本发明将mcu控制单元单独做成一个模块，并采用排针接口安装，方便维修更换以及程序升级维护。本发明在整个控制回路中总共需要三种工作电压，分别是直流24v，直流5v和直流3.3v。其中，yp11系列封箱机门防护工作电压为24v，mcu控制单元的工作电压是5v和3.3v。为了防止生产实际的工业生产环境对电子设备的干扰、提高新型门防护显示装置的稳定性，涉及24v电源、5v电源和3.3v电源，本发明设计的检测电路、控制电路与逻辑电路完全隔离。在yp11系列封箱机的控制电源中，使用的是24v电源，用于门防护继电器及各种外围设备的控制与信息交互，所以本发明的24v直接从设备中获取。由于本发明设计的新型门防护显示装置的mcu使用的是5v和3.3v，所以需要先将24v转换成5v，如4所示。为了减少24v与5v之间的相互干扰，本发明的电源芯片u1采用的是dcdc隔离型降压芯片，输入电压范围宽，输出固定5v、1a。该电源芯片u1采用工业级元件，铝合金外壳，具有短路过流保护，欠压保护，抗干扰能力强，满足emc及安规测试要求。24v转5v隔离电源模块包括电源芯片u1，电源芯片u1第一端与5v电源、电阻r2第一端、电容c1第一端连接，电源芯片u1第二端电阻r2第二端、电容c1第二端连接，并通过跳线接地，电源芯片u1第四端与电源端、电容c2第一端，电容c2第二端通过保险丝f1与电阻r1第一端、接口j3第一端连接，电阻r1第二端与二极管阳极连接，电源芯片u1第三端与二极管阴极、接口j3第二端连接，并接地。本发明对应还设有5v稳压电路及3.3v稳压电路，如图5-6所示，5v稳压电具体包括：电源芯片u1第三端与电源输入端、电容c1第一端、电容c3第一端、接线排p1第一端连接，电源芯片u1第二端与电源芯片u1第四端连接，电源芯片u1第四端与5v电源、电容c4第一端、电容c2第一端连接，电源芯片u1第一端与电容c1第二端、电容c3第二端、接线排p1第二端、电容c4第二端、电容c2第二端连接，并接地。3.3v稳压电路具体包括：电源芯片u3。电源芯片u3第一端与5v电源端、电容c7第一端、电源芯片u3第三端连接，电源芯片u3第二端与电容c7第二端连接，并接地，电源芯片u3第五端与3.3v电源、电容c5第一端、电容c6第一端连接，电源芯片u3第四端与电容c8第一端连接，电容c8第二端与电容c5第二端、电容c6第二端连接，并接地。本发明的故障码显示单元如图7所示，故障码显示单元包括故障码显示电路。故障码显示电路包括共阳数码管，用于显示故障代码。共阳数码管输入端通过第三电阻与mcu控制单元连接，共阳数码管dig1引脚与三极管q1集电极连接，三极管q1发射极与5v电源连接，三极管q1基极与电阻24第一端连接，电阻24第二端与mcu控制单元连接，共阳数码管dig2引脚与三极管q2集电极连接，三极管q2发射极与5v电源连接，三极管q2基极与电阻38第一端连接，电阻38第二端与mcu控制单元连接。故障码对应的具体门防护如下：1、故障码：01，s5：堆垛工位前壁防护门。2、故障码：02，s6：堆垛工位后防护门。3、故障码：03，s7：堆垛工位后壁防护门。4、故障码：04，s8：入箱推进工位左防护门。5、故障码：05，s9：入箱推进工位左防护门。6、故障码：06，s10：撑箱工位右门。7、故障码：07，s11：撑箱工位左门。8、故障码：08，s12：压紧工位右防护门。9、故障码：09，s13：压紧工位左防护门。10：故障码：10，s14：卸料工位右防护门。11：故障码：11，s15：卸料工位左防护门。12：故障码：12，s17：堆垛工位横向输入防护门。本发明还预留有lcd显示屏接口，如8所示，lcd显示屏接口电路包括lcd显示屏接口p7和滑动变阻器r3，lcd显示屏接口p7与mcu控制单元对应连接，并与5v电源连接。滑动变阻器r3第一端与5v电源连接，动变阻器r3第二端与lcd显示屏接口p7连接，滑动变阻器r3第三端与lcd显示屏接口p7连接，并接地。本发明只需要在lcd显示屏接口p7插入lcd屏，既能将故障代码转换成文字输出，更加方便的传达一些文字信号，对于安全显示模块有更大的可拓展性和实用性。本发明设计了两路控制信号输出，两路均采用光耦电气隔离，如9和图10所示。其中图9采用继电器输出，图10采用三极管输出，输出信号均是24v，这样既能保证与封箱机plc的交互。同时继电器输出可以控制一些大功率的设备，如继电器、接触器，或者报警设备。继电输出电路包括光耦隔离器u16，光耦隔离器u16第一端与电阻44第一端连接，电阻44第二端与5v电源连接，光耦隔离器u16第二端与mcu控制单元连接，光耦隔离器u16第三端与24v电源连接；光耦隔离器u16第四端与电阻r46第一端连接，电阻r46第二端与电阻r47第一端连接，电阻r47第二端与三极管q4基极、电阻r48第一端连接；电阻r48第二端与三极管q4发射极连接，并接地，三极管q4集电极与二极管d15阴极连接，二极管d15阳极与电阻39第一端连接，电阻39第二端与二极管d16阴极、继电器线圈第一端连接，并与24v电源连接，二极管d16阳极与继电器线圈第二端、三极管q4集电极连接，继电器切换开关第一端接口j6第一端连接，接口j6第二端分别与接口j7第一端、接口j8第一端连接，继电器切换开关第二端与接口j7第二端连接，继电器切换开关第三端与接口j8第二端连接。三极管输出电路包括光耦隔离器u15，光耦隔离器u15第一端与电阻41第一端连接，电阻41第二端与5v电源连接，光耦隔离器u15第二端与mcu控制单元连接，光耦隔离器u15第三端与24v电源连接，光耦隔离器u15第四端与电阻r42第一端连接，电阻r42第二端与电阻r43第一端连接，电阻r43第二端与三极管q3基极、电阻r45第一端连接，并接地，三极管q3发射极接地，三极管q3集电极与信号采集单元连接，并与二极管d17阴极连接，二极管d17阳极与电阻r40第一端连接，电阻r40第二端与24v电源连接。基于上述设置，本发明在防护开关控制回路中，监测每个触点的电压和控制回路的末端电压，同时检测控制回路的总电流，通过mcu控制单元进行逻辑处理和故障码显示，通过故障代码快速识别故障点。为了防止生产实际的工业生产环境对电子设备的干扰，本发明设计了检测电路、控制电路与逻辑电路的完全隔离。本发明通过实施例一对监测过程进一步说明。本发明的防护门上均设有防护开关，信号采集单元与防护开关电连接，控制信号输出单元与故障码显示单元连接，控制信号输出单元、信号采集单元均与mcu控制单元连接，mcu控制单元通过信号采集单元获取多个防护开关的24v的开关信号，并基于开关信号通过隔离电源模块生成5v的控制信号，隔离电源模块还将24v直流电压转为5v、3.3v稳定直流电压，向mcu控制单元、故障码显示单元、控制信号输出单元、信号采集单元等多个单元供电。mcu控制单元通过控制信号输出单元将控制信号发送至故障码显示单元，故障码显示单元基于控制信号进行故障码显示。本发明提出的新型安全回路监测装置主要采用了现代电力电子技术和微控制技术，在不影响原有控制方式的基础上，并联式安装，检测设备安全防护系统的控制回路状态，从而大大降低设备故障时的维修时间和成本。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

背景技术：

1、yp11型封箱机作为烟草行业的主力装箱设备，投产服役已经十几年，yp11型装封箱机是国内引进德国佛克公司的技术，消化吸收后由青岛机械有限责任公司生产的自动化包装设备，额定生产能力为5.6箱/min。yp11装封箱机是由西门子s7可编程逻辑控制器系统的标准组件组成，并且通过dp总线连接plc控制系统与上位机触摸屏控制面板，实现控制状态的实时监控及故障报警功能，对yp11设备中的152个监控点进行检测与控制，实现从条烟收集、整理到装箱、胶带粘贴等系统过程的全自动化程序操作的包装设备。

2、yp11型装封箱机的门防护开关是传统的机械式触点，一个门防护开关由两路触点组成，一路常开触点、一路常闭触点。常闭触点单独接入plc的i口，用于显示回路，既显示哪个防护门打开，任何一个触点有问题在人机界面上都能显示出来。而所有的门防护常开触点串联连接，控制一个接触器线圈通断，用于控制回路。yp11型装封箱机在运行过程中如果有一个门防护的常开触点未闭合，常闭触点正常，那么控制接触器就不能正常工作，而此时门防护显示回路正常，这也就是通常所说的“无故障不启动”。通常维修此类问题比较耗费时间，且维修比较繁琐，这也是传统门防护的共性。

3、随着卷烟产品市场的激烈竞争，消费者对卷烟质量的要求不断提高，提高卷烟生产的效率、保证卷烟产品的质量是企业在竞争中生存的前提。由于设备故障诊断系统的缺陷，故障无法准确显示、缺乏安全模块导致“无故障”不启动时查故比较繁琐，延长了设备的维修时间。设备本身存在的缺陷已经严重影响卷包大设备的整体作业率。

技术实现思路

1、本发明为了提高对yp11型装封箱机防护门开闭监测的精准度，提供一种yp11型装封箱机门安全防护系统，包括：信号采集单元、mcu控制单元、故障码显示单元、控制信号输出单元和多个防护门；

2、防护门上均设有防护开关；

3、信号采集单元与防护开关电连接，控制信号输出单元与故障码显示单元连接；

4、控制信号输出单元、信号采集单元均与mcu控制单元连接；

5、mcu控制单元通过信号采集单元获取多个防护开关的开关信号，并基于开关信号生成控制信号；

6、mcu控制单元通过控制信号输出单元将控制信号发送至故障码显示单元；

7、故障码显示单元基于控制信号进行故障码显示。

8、优选地，还包括控制回路；

9、防护开关包括常闭触点和常开触点；

10、控制回路包括防护开关s5；

11、防护开关s5常闭触点第一端与电源正极连接，s5常闭触点第二端与防护开关s6常闭触点第一端连接；

12、防护开关s6常闭触点第二端与防护开关s7常闭触点第一端连接，防护开关s7常闭触点第二端与防护开关s8常闭触点第一端连接；

13、防护开关s8常闭触点第二端与防护开关s9常闭触点第一端连接，防护开关s9常闭触点第二端与防护开关s10常闭触点第一端连接；

14、防护开关s10常闭触点第二端与防护开关s11常闭触点第一端连接，防护开关s11常闭触点第二端与防护开关s12常闭触点第一端连接；

15、防护开关s12常闭触点第二端与防护开关s13常闭触点第一端连接，防护开关s13常闭触点第二端与防护开关s14常闭触点第一端连接；

16、防护开关s14常闭触点第二端与防护开关s15常闭触点第一端连接，防护开关s15常闭触点第二端与防护开关s17常闭触点第一端连接；

17、防护开关s17常闭触点第二端与继电器k52常开触点第一端，继电器k52常开触点第二端与继电器k52线圈第一端连接；

18、继电器k52线圈第二端与电源负极连接，继电器k52常开触点第一端与继电器k54常开触点第一端；

19、继电器k54常开触点第二端与继电器k52常闭触点第一端连接；

20、继电器k52常闭触点第二端与继电器k53常闭触点第一端连接；

21、继电器k53常闭触点第二端与继电器k53线圈第一端连接，k53线圈第二端与电源负极连接；

22、二极管a1阴极与继电器k52线圈第一端连接，二极管a1阳极与继电器k52线圈第二端连接；

23、二极管a2阴极与继电器k53线圈第一端连接，二极管a2阳极与继电器k53线圈第二端连接。

24、优选地，还包括监测单元、

25、mcu控制单元与监测单元电连接，通过监测单元监测每个触点的电压和控制回路的末端电压，同时检测控制回路的总电流；

26、信号采集单元包括信号采集电路；

27、信号采集电路包括光耦隔离器；

28、防护开关常闭触点第二端与第一电阻第一端连接，电阻第二端与光耦隔离器第一端连接；

29、光耦隔离器第二端接地，光耦隔离器第三端与5v电源连接；

30、光耦隔离器第四端与第二电阻第一端连接，第二电阻第二端与发光二极管阳极连接，发光二极管阴极接地。

31、优选地，还包括隔离电源模块；

32、隔离电源模块包括电源芯片u1；

33、电源芯片u1第一端与5v电源、电阻r2第一端、电容c1第一端连接；

34、电源芯片u1第二端电阻r2第二端、电容c1第二端连接，并通过跳线接地；

35、电源芯片u1第四端与电源端、电容c2第一端；

36、电容c2第二端通过保险丝f1与电阻r1第一端、接口j3第一端连接；

37、电阻r1第二端与二极管阳极连接；

38、电源芯片u1第三端与二极管阴极、接口j3第二端连接，并接地。

39、优选地，隔离电源模块还包括5v稳压电路；

40、电源芯片u1第三端与电源输入端、电容c1第一端、电容c3第一端、接线排p1第一端连接；

41、电源芯片u1第二端与电源芯片u1第四端连接，电源芯片u1第四端与5v电源、电容c4第一端、电容c2第一端连接；

42、电源芯片u1第一端与电容c1第二端、电容c3第二端、接线排p1第二端、电容c4第二端、电容c2第二端连接，并接地。

43、优选地，隔离电源模块还包括3.3v稳压电路；

44、3.3v稳压电路包括电源芯片u3；

45、电源芯片u3第一端与5v电源端、电容c7第一端、电源芯片u3第三端连接；

46、电源芯片u3第二端与电容c7第二端连接，并接地；

47、电源芯片u3第五端与3.3v电源、电容c5第一端、电容c6第一端连接；

48、电源芯片u3第四端与电容c8第一端连接；

49、电容c8第二端与电容c5第二端、电容c6第二端连接，并接地。

50、优选地，故障码显示单元包括故障码显示电路；

51、故障码显示电路包括共阳数码管；

52、共阳数码管输入端通过第三电阻与mcu控制单元连接；

53、共阳数码管dig1引脚与三极管q1集电极连接，三极管q1发射极与5v电源连接；

54、三极管q1基极与电阻24第一端连接，电阻24第二端与mcu控制单元连接；

55、共阳数码管dig2引脚与三极管q2集电极连接，三极管q2发射极与5v电源连接；

56、三极管q2基极与电阻38第一端连接，电阻38第二端与mcu控制单元连接。

57、优选地，故障码显示单元还包括lcd显示屏接口p7和滑动变阻器r3；

58、lcd显示屏接口p7与mcu控制单元连接；

59、滑动变阻器r3第一端与5v电源连接；

60、滑动变阻器r3第二端与lcd显示屏接口p7连接；

61、滑动变阻器r3第三端与lcd显示屏接口p7连接，并接地。

62、优选地，控制信号输出单元包括继电器输出电路；

63、继电输出电路包括光耦隔离器u16；

64、光耦隔离器u16第一端与电阻44第一端连接，电阻44第二端与5v电源连接；

65、光耦隔离器u16第二端与mcu控制单元连接；

66、光耦隔离器u16第三端与24v电源连接；

67、光耦隔离器u16第四端与电阻r46第一端连接，电阻r46第二端与电阻r47第一端连接；

68、电阻r47第二端与三极管q4基极、电阻r48第一端连接；

69、电阻r48第二端与三极管q4发射极连接，并接地；

70、三极管q4集电极与二极管d15阴极连接，二极管d15阳极与电阻39第一端连接；

71、电阻39第二端与二极管d16阴极、继电器线圈第一端连接，并与24v电源连接；

72、二极管d16阳极与继电器线圈第二端、三极管q4集电极连接；

73、继电器切换开关第一端接口j6第一端连接，接口j6第二端分别与接口j7第一端、接口j8第一端连接；

74、继电器切换开关第二端与接口j7第二端连接，继电器切换开关第三端与接口j8第二端连接。

75、优选地，控制信号输出单元还包括三极管输出电路；

76、三极管输出电路包括光耦隔离器u15；

77、光耦隔离器u15第一端与电阻41第一端连接，电阻41第二端与5v电源连接；

78、光耦隔离器u15第二端与mcu控制单元连接；

79、光耦隔离器u15第三端与24v电源连接；

80、光耦隔离器u15第四端与电阻r42第一端连接，电阻r42第二端与电阻r43第一端连接；

81、电阻r43第二端与三极管q3基极、电阻r45第一端连接，并接地；

82、三极管q3发射极接地；

83、三极管q3集电极与信号采集单元连接，并与二极管d17阴极连接；

84、二极管d17阳极与电阻r40第一端连接，电阻r40第二端与24v电源连接。

85、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

86、本发明的控制回路中，将防护开关的通断与继电器建立电连接，能够通过继电器对应连接报警装置。本发明将信号采集单元接入控制回路中，采集每个防护开关的开关信号，防护开关对应连接有发光二极管，通过发光二极管对应显示防护开关开关状态。本发明通过光耦隔离器对5v、24v电源进行隔离，能够防止误报警，并对电路中的芯片起到保护作用。本发明的故障码显示单元包括共阳数码管、lcd显示屏，能够实现数码以及文字等多种显示模式，有助于快速定位故障点。