ＤＳＰ技术在ＰＡＳＳＩＭ机组烟支质量综合测控系统中的应用

摘要：根据广大烟厂用户需求，在分析原PASSIM 卷接机组电控系统的基础上，结合电子技术的发展，基于模块化思想，设计出新型DSP烟支重量控制和质量检测系统，实现烟支卷接过程自动控制及机组实时运行状态的监控，完成烟支重量、紧头、松头、稀释度等烟支质量的在线检测；增加了紧头自动跟踪功能，故障率低，维修方便，同时DSP处理器可扩展功能丰富，为以后系统的升级提供可靠保证。

关键词：烟支质量 控制系统 DSP技术

PASSIM系列是英国MOLINS公司生产的高速卷接机组，其性能稳定，是烟厂的中坚机组。但该机组烟支质量控制系统由多块单片机线路板组成，没有紧头自动跟踪功能，而且体积大、线路接口关系复杂、检测电路老化、维修困难、数据传输技术落后，已不能满足工业自动化的发展要求。

新型DSP烟支质量检测系统结合PROFIBUS-DP现场总线技术及DSP数字信号处理技术，对PASSIM等生产能力在7000-12000支/分钟的高速卷接机组进行重量、紧头、松头、稀释度等烟支质量检测系统的技术改造。该系统由模块化控制思想引出，整个系统均由模块组成，充分显现系统易安装、易调试、易维修的特点；同时数字化、小型化、软件化提高了原有的重量检测精度和降低了不合格烟支输出的概率；增加了紧头自动跟踪功能，可自动或手动方式对烟支紧头位置进行调整；建立PROFIBUS-DP从站便于数据集中管理，符合工业自动化发展趋势。系统可实现烟支卷接过程自动控制及机组实时运行状态的监控，完成烟支重量、紧头、松头、稀释度等烟支质量的在线检测，此外DSP处理器可扩展功能丰富，为以后系统的升级提供可靠保证。

1．DSP控制系统组成

新型DSP烟支质量检测系统由检测部件、微处理器、执行部件与显示部件组成，其中显示部件与PASSIM整体卷接机组共用，以完成对信息的集中控制。

检测部件与原机检测部件基本相同，卷烟机烟丝密度检测应用核源设备检测。接嘴机部分松头检测器应用反射式红外线方式，稀释度检测器应用气压差检测方式。同时改变原机板级连接的复杂性，直接采用模块式前置放大器进行模拟量信号的处理。

微处理器选用拥有世界先进数字信号处理技术的美国德州仪器的2000系列TMS320F2812芯片，低功耗32位定点数字信号处理器，系统时钟150MHZ。DSP控制模块部分包括CPU模块、PROFIBUS DP通信模块、12位精度的AD模块、高速I/O模块与普通I/O模块、可选100M以太网扩展模块、可选USB2.0扩展模块、以及可选CAN总线扩展模块。所有I/O模块均为标准信号，AD模块为差压输入，满量程为10V。

卷烟机部分紧头自动跟踪部分执行部件为一套伺服系统，提供可靠的控制角度保证烟支紧头跟踪控制精度。重量控制为原PASSIM机身劈刀升降三相电机及传动装置，以保证原机外型的整体美观。接嘴机部分松头及稀释度烟支质量检测的执行部件为原机剔除相同方式的高速气动阀及剔除驱动模块。

显示部件应用PROFIBUS DP网络集中显示，选择西门子触摸式人机界面及其组态软件，以便于对参数进行及时修改及实时监控，为烟机数据库管理提供及设备监控提供参考。

2．DSP控制系统设计原理及功能

整个系统分由两个PROFIBUS DP从站子系统和卷烟机组态显示屏组成。卷烟机部分为重量控制及紧头自动跟踪DP从站子系统组成；接嘴机由烟支松头及稀释度检测DP从站子系统组成，其系统框图见图一。

卷烟机子系统采用核扫描单元作为检测部件，烟丝密度与核源输出的模拟电流成指数关系，利用前置放大器将该电流信号转换成0-10V的标准模拟电压信号，输入DSP系统AD控制模块。应用经典控制理论复合PID算法，对劈刀进行升降控制。由前期的重量控制系统的改造效果，控制精度预期低于±0.15g/每20支，单支偏移量20mg以下。

根据烟支密度曲线，考虑到烟丝的湿度、膨松度以及机械传动间隙及电网干扰等诸多因素造成烟丝密度曲线样点的折线性，本设计先将折线进行数字滤波，拟合成近似曲线，再采用分组比较模式判断烟支紧头位置。理论精度可达±0.1mm。同时采用模糊控制理论对伺服器进行控制，利用劈刀伺服电机对劈刀盘进行超前与滞后的同步控制，达到对紧头位置调整的目的，并在人机界面内显示采样烟支密度拟合曲线图，并将采样烟支剔除检测；拥有单支重量紧头不合格烟支剔除功能。人机界面故障显示：轻故障、重故障、空松、密实故障（竹节）。

接嘴机子系统沿用原机的红外松头检测方式与稀释度气压检测方式，改变原来单点采样比较方法，应用TMS320F2812进行1/8烟端部分的均采样技术，增加系统剔除的可靠性；实现的功能包括空头烟支剔除与比较值和平均值的显示及软件改变、稀释度检测剔除与比较值和平均值的显示及软件改变、缺嘴检测及剔除、水松纸拼接剔除。对影响剔除的同步问题在触摸屏上进行可视化修改，为现场调试带来了极大的便利。结合PROFIBUS DP现场总线技术进行数据传输，大大提高了整个系统的数据传输速度，其可靠性更优于RS232技术性能，减少了数据传输中的错误，同时有利于故障显示及数据管理，该从站显示的故障有：稀释度高、稀释度低、烟端故障、漏气气路堵塞、烟支松头。同时与卷烟机从站子系统的连接完成紧头采样烟支与重量故障烟支的单支剔除功能。

3．DSP控制系统特点

DSP控制系统的利用先进的数字信号处理技术对烟支质量进行检测控制，同时配合工业自动化水平的PLC改造趋势，采用经典的控制理论与使用的控制算法，保证系统的可靠性与稳定性。

归纳起来，DSP新型烟支质量检测系统具有如下特点：

（1） 该系统对PASSIM基本无机械改造要求，既保证了PASSIM机器的整体美观性，同时又增加了它的紧头自动跟踪功能，提高了烟支质量。

（2）数字化、小型化、软件化设计思想的应用，模块化产品的理论使得产品具有兼容性、可替换性、简易性等特点。

（3）TMS320F2812微处理器的高速处理能力及稳定性处于DSP技术的前列，是工业控制中的高端处理器。通过JTAG下载可进行在线编程及参数的修改而不会影响生产。

（4） PROFIBUS-DP现场总线的数据传输模式应用是工业改革中的发展模式，为二次改造提供硬件基础。同时可选100M以太网口可扩展功能的增加，为厂级局域网连接提供方便。

（5）烟支重量控制子系统的复合PID控制算法的应用为烟草行业引进了新型控制技术。将其它行业的经典理论模糊控制与烟支质量检测实际系统相结合，增强了国内烟草技术水平。

（6）人机界面的应用使得数据能够集中控制，通过在线修改及实时监控保障系统安全运行，同时提供采样烟支烟丝密度拟合曲线及紧头位置显示、稀释度及空头故障显示等新增功能。界面系统及功能可根据客户要求而定。

（7）系统对客户开放，技术服务可靠。

4．结束语

以上方案已在颐中集团青岛卷烟厂，及陕西宝鸡卷烟厂实施并通过验收，各项性能指标均优于改造前，DSP控制的烟支质量系统的引入，对改善烟支的质量控制，提高机组的生产效率、降低备件消耗，起到了明显的效果，得到了用户的高度评价。

参考文献：

[1] 戴明桢.TMS320C54X DSP结构、原理及应用[M]. 北京航空航天大学出版社，2001.11

[2] 阳宪惠. 现场总线技术及其应用[M]. 清华大学出版社， 1999.6 □

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