KDF2成型機嘴棒圓周測控系統的研制

摘要：KDF2成型機采用的是德國的一種技術，是當前采用的技術相對先進，應用范圍最為廣泛的成型機。其中，產于上海的一種煙草設備，其主要用于完成煙草這個行業中卷煙材料的濾嘴棒生產，它所應用的技術就是這種技術。文章主要介紹KDF2成型機嘴棒圓周測控系統的工作原理，并給出了詳細的用于測量的控制電路。

關鍵詞：嘴棒；傳感器；圓周測控系統

KDF2成型機嘴棒圓周測控系統是一種集若干高新技術于整體的一個閉環的測控系統，這些高新技術包括數據的處理、微機通信、過程的控制、傳感器的技術、數模轉換、分析故障、檢測指標、采集數據、機電一體化、壓力的測量等等。主要包括以下技術指標:速度的采集、系統檢測的精度（產量、甘油、絲束、盤紙）、圓周的測控（差壓的范圍、滿量程的輸出、靈敏度、溫度的范圍、嘴棒圓周的精度、穩定度）。下面介紹一下它的工作原理。

KDF2成型機嘴棒圓周測控系統一般是由八臺嘴棒圓周的測控儀器、下位機，一臺主控機組成。其中下位機是由以單片機為主的控制部件所組成的，主控機是由通用的微機構成的。八臺下位機和上位機是并聯組成的，它們之間采用的是智能的控制卡還有經過改進的電流環技術。下位機可以傳送各種測量過的數據給上位機，而上位機給下位機發送控制參數和控制命令時是經過智能的控制卡的。當測試數據傳送完成后，主機就可以進行對數據進行處理和存儲，顯示和打印。下位機是控制嘴棒圓周的測控儀的。

1 嘴棒圓周的測控儀的工作原理

KDF2成型機嘴棒圓周測控系統主要有七個部分組成，分別為圓周顯示器、減壓器、直徑控制電機、煙槍、控制轉換器、測量的噴嘴、空氣節流閥。它的工作流程中涉及到的器件有低壓進氣管、保護電磁閥（為了防止當清潔測量的噴嘴時，氣壓通過測量的噴嘴回流至傳感器，避免損壞該傳感器）、電磁閥電源線、控制轉換器組件與電磁閥的連接氣管、AZI組件（為控制轉換器）、圓周顯示屏、圓周顯示器的電纜線、直徑控制電機、嘴棒檢測開關、煙槍等。

如果KDF2成型機要生產嘴棒，濾嘴棒圓周是需要調節的，主要方法是：檢測測量的噴嘴，看其氣壓變化量，對直徑控制電機進行控制，對煙槍(M20)的高低進行調整，最終對濾嘴棒的粗細實現調節。節流閥和減壓器需要把氣壓調整至10kPa左右，這樣才允許送至測量噴嘴。因為在煙草行業中，對嘴棒圓周的生產要求，測量噴嘴里壓力變化的范圍是:士0.1kpa，圓周合格品允許的范圍是:24.10~24.40mm，壓縮的空氣一般采取的是40kPa左右。

如果KDF2成型機要正常生產醋酸纖維絲束就會被盤紙卷包通過半圓形的布帶和半圓形的煙槍互相擠壓成為棒條，然后再送至測量的噴嘴中。如果棒條可以順利的經過，那么測量噴嘴就可以被光電傳感器檢測到嘴棒。這時，嘴棒圓周測控系統可以工作了。當嘴棒經過測量噴壓力嘴，測量噴嘴中的氣壓會根據嘴棒的粗細而產生不同的變化。某個組件的壓力傳感器可以測量到壓力。空氣中壓力的變化通過壓力傳感器被轉換為電壓信號，而煙槍的位置由上下限的控制電路來操作直徑控制電機控制。當壓力傳感器所測量的電壓信號“大”時，說明嘴棒的圓周越粗，反之，當壓力傳感器所測量的電壓信號“小”時，說明嘴棒的圓周越細，煙槍需要抬高。

2 采集數據的系統的工作原理

KDF2成型機中的下位機，用于將十幾種傳感器的信號，比如說嘴棒起動、刀頭傳感器、開松比、流量檢測、甘油流量、好嘴棒、嘴棒棒量、壓縮空氣的壓力傳感器、剔除嘴棒等等，以一定的數據模型為依據，完成要求的盤紙的消耗數、單支、車速、剔除的嘴棒數、甘油的消耗數、生產的嘴棒數、開松比、開機累計時間、班停機次數、絲束消耗數、直徑等在生產數據中的自動采集。與此同時，這類數據通過下位機上的液晶顯示器所顯示出來，經過過通信電纜把這些數據實時傳輸的傳輸至七位機中。下位機和上位機實時的交換數據，所有機臺數據通過計算機的屏幕顯示出來，然后數據就可以存儲到計算機硬盤里。這樣，既能對各點的工作狀況動態的監視，能夠實現無人的值守;又能為查找分析系統的工作狀態來提供詳細的資料，同時也可以對集團內部的數據資料實現共享。

3 成型機嘴棒圓周測量的控制電路

噴嘴承受的壓力范圍經測量為0到10kpa，要將其壓力轉變為電流信號或者是電壓信號。所以，采用了系列硅壓阻式壓力傳感器。它提供了一個線性電壓輸出，其非常準確的直接和外加壓力形成正比。薄膜電阻網絡和應變儀通過這類傳感器集成于同一硅片，通過激光修正技術來實現量程的精確校正，溫度和零位偏差校正的補償，比較符合輕微壓力的空氣動力的控制。其電源電壓和輸出是成一定的比例。傳感器的輸出信號，其在最大的電源電壓下所產生，是要用信號調整器將信號放大至可用的電平。要達到和數字系統接口的條件，壓力傳感器應采用的8V的DC供電，借助于調理器電路把傳感器的輸出信號的輸出范圍轉換為0.75到4.0V。為符合滿量程的放大輸出是4V，通常會選取常用的儀表放大器來設計。選擇增益將傳感器滿量程的輸出值放大至4V，此時嘴棒圓周是24.10mm至24.40mm，氣壓在流經測量噴嘴時的變化變換為范圍是2.6到3.0之間的電壓信號。如果嘴棒圓周的上限值是24.32mm，基準值是24.24mm，下限值是24.16mm，它們的電壓值分別為2.9V，2，8V，2.7V。

當設定好基準值時，通過減少上限和下限之間的控制電壓取值范圍，完成精度的提高，增大上限和下限之間的控制電壓取值范圍，完成精度的降低。要生產出自己所需的圓周嘴棒，可以通過對基準值位置的改變來實現。要讓圓周嘴棒值自始至終的在基準值上下浮動，就需要上限和下限的控制電路。

電路的工作過程:壓力傳感器在測量到氣壓在測量噴嘴的變化時，氣壓的變化對應的電壓值通過儀表放大器放大至Vin值。Vin再轉變為頻率，通過單片機對它計數，然后以電壓和計數值的對應關系為依據，再決定怎樣控制上限和下限。KDF2成型機在生產時，上限低于Vin的輸入電壓，U2:B與U2:A都是1時，對上限的調整取決于P10.如果P10是高電平，要將上限調整至基準值。同理，對下限的控制是當輸入電壓超出了下限。P10是低電平，上限和下限不做調整，保持為低電平，Vin是在VL和Vh之間取值，對于直徑控制電機不加電，這樣就使得嘴棒圓周在所設定的下限和上限的范圍之間了。

4 下位機的硬件電路

下位機是由四部分模塊組成：第一部分為主控模塊;第二部分為液晶顯示的模塊;第三部分為嘴捧圓周測量的模塊，第四部分為成型機實時故障診斷模塊。主控模塊主要負責對多個中斷源進行計數，自復位的跟蹤，電流環的通信，車速的測量等功能，并對嘴棒圓周進行測量，對成型機實時故障的診斷的結果做出相應的處理，處理結果將送至液晶顯示器顯示，嘴棒圓周的測量模塊用于測量控制嘴棒圓周，成型機實時故障診斷模塊用于對二十四種故障進行實時診斷。

5 結束語

KDF2成型機嘴棒圓周測控系統在一年多的實際應用中，這個系統的方案設計的相對合理、先進的工程實現技術、簡便的操作方式、穩定可靠的性能，數據采集的內容十分豐富，而且精度高;對成型機實時故障診斷實用并且準確。具有十分廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]何立民.單片機應用系統設計[J].北京航空航夭大學出版社，2011（7）.

[2]孫肖子.傳感器及其應用[J].電子工業出版社，2011（9）.

[3]李家濱.微機系統硬件教程[J].海洋出版社，2010（1）.