[doc格式] 卷煙包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)涂油控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、卷煙包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)涂油控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2008往第10期儀表技術(shù)與傳感器instrumenttechniqueandsensor2008no.10卷煙包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)涂油控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)趙虎(西北第二民族學(xué)院,寧夏銀川750021)摘要:為了解決卷煙包裝機(jī)鋁箔紙人工涂油存在的缺陷,基于mcu,lcd以及電磁閥控制技術(shù),設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)鋁箔紙涂油控制系統(tǒng).該系統(tǒng)可根據(jù)不同鋁箔紙材質(zhì),實(shí)時(shí)調(diào)整涂油量,并通過自動(dòng)計(jì)數(shù)煙包的數(shù)量來控制涂油的頻率.該系統(tǒng)通過控制電磁閥開閉的時(shí)間來控制涂油量,該控制方法簡(jiǎn)便,在實(shí)際應(yīng)用中取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果.關(guān)鍵詞:單片機(jī);卷煙包裝機(jī);鋁箔紙;涂油中圖分類號(hào):tp2

2、3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a文章編號(hào):10021841(2008)10008003designofauto-oilingaluminumfoilpapercontrolsystemforcigarettepackerzhaohu(thenorthwestsecondnationalinstitute,yinchuan750021,china)abstract:inordertosolvethedefectofartificialoilingthealuminumfoilpaper,anewauto-oilaluminumfoilpapercontrolsystemwasdesignedbasedonthe

3、technologyofmcu,lcdandelectromagneticvalvecontro1.itcanaajustthequantityofoilingaccordingtovariantaluminumfoilpaper,andcontrolthefrequencyofoilingbyautocountingthecigarettepackets.thissystemad-juststhequantityofoilingbycontrollingthetimeofelectromagneticvalveopeningandclosing,thiscontrollingmethodis

4、simpleandconvenient,itobtainsgoodeconomicbenefitandgoodresultofsavingenergyinpracticalapplication.keywords:singlechipmicrocomputer;cigarettepacker;aluminumfoilpaper;oiling0引言目前,國內(nèi)卷煙行業(yè)中使用的進(jìn)口包裝機(jī)設(shè)備gdx1,gdx2等機(jī)型,在生產(chǎn)過程中,對(duì)原輔材料的要求比較嚴(yán)格,若使用不合適的原材料就會(huì)直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量,有些鋁箔紙稍有發(fā)脆,在包裝過程的折角,折邊工序中,很容易被折爛,造成浪費(fèi),影響產(chǎn)品質(zhì)量,也降低了包裝機(jī)

5、的運(yùn)行效率.目前,幾乎所有卷煙包裝機(jī)在包裝過程中,都采用人工方式(小毛刷)往鋁箔紙的表面涂抹油脂,以防折爛,這增加了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度和操作內(nèi)容,而且手工涂抹往往不太均勻,影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性,達(dá)不到產(chǎn)品的高質(zhì)量要求.為了解決這些問題,提高產(chǎn)品質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)卷煙包裝零缺陷,研制了以mcuat89c51單片機(jī)作為主控單元的卷煙包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)涂油系統(tǒng).該系統(tǒng)能夠自動(dòng),定量地從油缸里出油,將油脂均勻涂抹在鋁箔紙上.1控制系統(tǒng)組成和工作原理1.1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖1為鋁箔紙全自動(dòng)涂油控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖,系統(tǒng)由1個(gè)控制箱,1個(gè)儲(chǔ)油缸,2個(gè)紙盤位置傳感器,1個(gè)煙包計(jì)數(shù)傳感器,1路供氣電磁閥,2路供油電磁閥及2個(gè)涂

6、抹頭裝置組成.卷煙包裝機(jī)由于一般不停機(jī)工作,所以有2路紙盤供應(yīng)鋁箔紙,1路使用1路備用.選用作用距離2em,輸出1trl電平的磁性接近傳感器判斷左,右路紙盤.包裝好的煙包為非金屬材質(zhì),所以,煙包計(jì)數(shù)傳感器選用輸出ttl電平的反射式光電傳感器,該傳感器安裝在包裝機(jī)出煙口.控制箱以at89c51單片基金項(xiàng)目:寧夏高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目資助(2006jy010)收稿日期:20071210收修改稿日期:20080603機(jī)為控制核心,由人機(jī)接口,顯示單元,功率驅(qū)動(dòng)輸出單元等組成一套控制系統(tǒng).閥圖1控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖1.2系統(tǒng)工作原理為了能夠自動(dòng)控制涂油量和涂油頻率,系統(tǒng)必須有涂油量設(shè)定,煙包計(jì)數(shù)值

7、設(shè)置和顯示,傳感器信號(hào)輸入,氣路和油路電磁閥功率驅(qū)動(dòng)等功能.系統(tǒng)硬件電路主要由2部分組成,包括以at89c51單片機(jī)為核心的計(jì)數(shù),顯示,按鈕設(shè)置電路,和電磁閥功率驅(qū)動(dòng)電路,系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示.煙包計(jì)數(shù)傳感器直接接在at89c51單片機(jī)的rid(p3.4)口,每生產(chǎn)1包煙由at89c51單片機(jī)計(jì)數(shù)器讀取1個(gè)脈沖信號(hào),計(jì)數(shù)值決定自動(dòng)供油1個(gè)周期的脈沖數(shù),riu計(jì)數(shù)值可根據(jù)需要,由外部控制按鈕設(shè)定.當(dāng)1d計(jì)數(shù)器完成1個(gè)周期的供油脈沖計(jì)數(shù)時(shí),經(jīng)延時(shí)后使p1口輸出一個(gè)正脈沖去觸發(fā)功率驅(qū)動(dòng)電路,打開壓縮空氣電磁閥(氣閥打開的時(shí)間常數(shù)第1o期趙虎:卷煙包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)涂油控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)81日處嫠生塹q邏

8、輯控制h業(yè),l籃盛箍lint0p0口釃罾項(xiàng)稠壑主塹二廠噸囹位璧器iintiw._r阿斫網(wǎng)外部計(jì)數(shù)0torel籃壁矍廣一at89c5l單片機(jī)=:_j左路供油電磁閥pl口囂fp2口l_二二右路供油電磁閥圖2系統(tǒng)硬件框圖由t1計(jì)數(shù)器決定),使壓縮空氣進(jìn)入儲(chǔ)油缸內(nèi),油缸內(nèi)的油脂在壓縮空氣的推動(dòng)下通過排油管,經(jīng)過左,右供油電磁閥,進(jìn)入涂抹頭裝置,通過涂抹頭裝置上的吸油織物,均勻地涂抹在鋁箔紙上.左路和右路紙盤傳感器分別接在at89c51單片機(jī)的into和int1上,作為左,右鋁箔紙盤的選擇開關(guān),當(dāng)鋁箔紙盤上方的壓紙機(jī)械桿壓到左盤時(shí),左路供油電磁閥被打開,右路供油閥關(guān)閉,油缸內(nèi)的油脂就會(huì)定數(shù)地往左涂抹頭內(nèi)

9、供油;當(dāng)鋁箔紙上方的壓紙機(jī)械桿壓到右鋁箔紙盤時(shí),右路供油電磁閥被打開,左路供油電磁閥關(guān)閉,油缸內(nèi)的油就定數(shù)地往右涂抹頭內(nèi)供油,不工作時(shí)不供油.每次供油量的多少,根據(jù)不可壓縮流體質(zhì)量流量公式,有q:pq=pdaf式中:為管道中一微小單元面積;為流體流速;p為流體密度.又根據(jù)伯努利方程,有一生2jpip式中:p.,p和.,:分別為電磁閥前后流體的壓力和速度.由流體連續(xù)性方程,有pjv,daf=pjfv2daf=q從以上3個(gè)式子可以看出只要改變流體流動(dòng)的時(shí)間,就可以改變流體流過單位面積的質(zhì)量,同時(shí),流過電磁閥前后的流體質(zhì)量是不變的.通過以上分析可知,改變定時(shí)器t1的值,來控制供氣電磁開閉的時(shí)間常數(shù),

10、從而改變一次的供油量.一般t1時(shí)間常數(shù)為0.10.4ms,可根據(jù)油質(zhì)調(diào)整.這樣就實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)定量的給涂油頭供油,油脂便均勻地涂抹在鋁箔紙上.2人機(jī)接口硬件電路的設(shè)計(jì)人機(jī)接口單元電路是自動(dòng)涂油控制系統(tǒng)中設(shè)定和顯示參數(shù)值的人機(jī)接口,該電路的控制核心是at89c51單片機(jī),由于單片機(jī)的硬件資源十分有限,所以,電路設(shè)計(jì)既要完成系統(tǒng)的設(shè)定和顯示功能,又要保證不浪費(fèi)系統(tǒng)硬件資源,做到設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔,資源利用合理.人機(jī)接口硬件電路如圖3所示.人機(jī)接口單元電路包括控制按鈕輸入電路和lcd控制和顯示電路,其中,控制按鈕輸入采用查詢式鍵盤設(shè)計(jì),每個(gè)按鍵設(shè)置有雙功能,在手動(dòng)設(shè)置時(shí)一個(gè)功能,自動(dòng)運(yùn)行時(shí)一個(gè)功能.顯示系統(tǒng)采用

11、162的字符型液晶顯示模塊,液晶顯示具有顯圖3人機(jī)接口硬件電路示質(zhì)量高,數(shù)字式接口,體積小,質(zhì)量輕,功耗小等優(yōu)點(diǎn)j.在液晶顯示模塊的控制電路上,設(shè)計(jì)了用74ls373鎖存器將單片機(jī)po口的控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)分時(shí)輸出,節(jié)省了系統(tǒng)資源,用單片機(jī)的讀(rd)和寫(wr)信號(hào)通過與非門作為lcd模塊的使能信號(hào),這樣,在對(duì)lcd顯示模塊進(jìn)行讀寫時(shí)就不必考慮使能端的控制時(shí)序,該設(shè)計(jì)使得編程方便,電路簡(jiǎn)潔.3電磁閥功率驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的最終執(zhí)行元件是控制氣路和油路的電磁閥,而單片機(jī)l/o口的驅(qū)動(dòng)能力有限,不能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥,所以必須設(shè)計(jì)電磁閥驅(qū)動(dòng)電路,設(shè)計(jì)電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)鍵就是要用小電流控制大電流,同時(shí)

12、,要克服由于電磁閥是感性負(fù)載而產(chǎn)生的反相電動(dòng)勢(shì),因此,選取單片機(jī)控制繼電器,再驅(qū)動(dòng)電磁閥的方式,這時(shí)選取合適的繼電器驅(qū)動(dòng)器就顯得十分重要,選取了高電壓,大電流,達(dá)林頓晶體管陣列集成電路mc1413,作為繼電器驅(qū)動(dòng)器,mc1413具有擊穿電壓高,內(nèi)部自帶抑制感性負(fù)載反相電流的二極管,峰值電流可達(dá)500ma,輸入與1trl和cmos邏輯兼容等特點(diǎn).該電磁閥功率驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示.ct二_-=圖4電磁閥功率驅(qū)動(dòng)電路4系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)卷煙包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)涂油控制系統(tǒng)中煙包計(jì)數(shù),電磁閥輸出控制,計(jì)數(shù)顯示都是通過系統(tǒng)軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的,軟件運(yùn)用51單片機(jī)匯編語言編程,實(shí)現(xiàn)各功能模塊,它主要包括4部分:系統(tǒng)主

13、程序,鍵盤掃描子程序,中斷子程序,顯示子程序.82instrumenttechniqueandsensor0ct.2008主程序的功能主要包括初始化,系統(tǒng)自檢,中斷設(shè)置等,主程序處于循環(huán)狀態(tài).整個(gè)系統(tǒng)軟件主要完成手/自動(dòng)的判斷,涂油參數(shù)的設(shè)置,煙包計(jì)數(shù)和向電磁閥發(fā)送狀態(tài)命令等.系統(tǒng)軟件流程如圖5所示.圖5系統(tǒng)軟件流程圖5系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用結(jié)果該系統(tǒng)在眾多擁有g(shù)d機(jī)型的卷煙廠安裝使用,使用過程中大大節(jié)省了原材料,提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品合格率,使得壞包率下降了10%左右,同時(shí)提高了生產(chǎn)效率,停機(jī)次數(shù)明顯下降,有時(shí)連續(xù)工作24h也無需停機(jī),機(jī)臺(tái)操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度明顯下降.企業(yè)在油脂消耗上也顯著降低,充分達(dá)到

14、了節(jié)能降耗,合理利用資源的效果.6結(jié)束語該設(shè)計(jì)利用單片機(jī)技術(shù)結(jié)合電磁閥控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了卷煙包裝機(jī)鋁箔紙全自動(dòng)涂油,這種方法利用控制電磁閥開閉時(shí)間來實(shí)現(xiàn)涂油量的精確控制,使得鋁箔紙涂油變得簡(jiǎn)單,精確和到位.該設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)的手工涂油自動(dòng)化程度低,機(jī)臺(tái)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,涂油不均勻等缺陷,而且操作簡(jiǎn)單,不需要專業(yè)的操作人員,原來的操作工完全可以勝任.通過實(shí)踐表明:該卷煙包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)涂油系統(tǒng)完全可以取代手工涂油,是一種可靠的,自動(dòng)化程度較高的應(yīng)用系統(tǒng).參考文獻(xiàn):1李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999:100108.2徐科軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,20

15、07:2052o9.3求是科技.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航.北京:人民郵電出版社,2004:981164宋軍,李書澤.高速電磁閥驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分析.汽車工程,2005,27(5):546549.5曹柏榮,馮運(yùn)達(dá),瞿丹晨.基于單片機(jī)的微碳鉻鐵快速定硅儀.儀表技術(shù)與傳感器,2005(5):4951.作者簡(jiǎn)介:趙虎(1975一),工學(xué)碩士,講師,主要研究方向?yàn)闄z測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化儀器,信息采集與處理,工業(yè)控制技術(shù).e-mail:zhaoh1(上接第75頁)傳統(tǒng)的c掃描成像發(fā)展而來.特征掃描利用計(jì)算機(jī)全波列采集檢測(cè)信號(hào),提取和存儲(chǔ)許多特征,經(jīng)信號(hào)處理后,按多種特征進(jìn)行成像顯示,特征指超聲波形的特性,包

16、括其上升時(shí)間,下降時(shí)間,脈沖周期和頻譜特性等.它除了能檢測(cè)局部缺陷外,還能對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析和數(shù)字濾波,通過各種特征量的提取和重構(gòu),能實(shí)現(xiàn)缺陷的自動(dòng)識(shí)別,從而提高定量精度.實(shí)驗(yàn)通過f掃描對(duì)薄鋁工件焊縫進(jìn)行質(zhì)量診斷,頻率為10mhz的聚焦探頭,采用水浸耦合,垂直入射法對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果如圖8,圖9所示.圖8中,所標(biāo)區(qū)域表示焊縫熔合較好.圖8工件特征成像一深度圖圖9中,不同顏色表示不同的回波幅值.如果工件表面平整或者鋁板內(nèi)部均勻,回波幅度應(yīng)該一樣大,顏色應(yīng)該一致.從圖9看出顏色不一致,說明工件表面不平整或內(nèi)部不均勻.圖9工件特征成像一回波幅值圖5結(jié)束語提出了電磁干擾的硬件抑制方法,并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),通過實(shí)驗(yàn)取得了良好的效果.同時(shí)為開關(guān)電路在抑制共模噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)方面提供了有益參考.另