對(duì)GD121卷接機(jī)組的微波重量控制系統(tǒng)的改造方案，采用了平臺(tái)設(shè)計(jì)理念，把重量控制系統(tǒng)以及OPC服務(wù)器集成在一起，同時(shí)又互相獨(dú)立，形成了模塊化的結(jié)構(gòu)。該電控系統(tǒng)采用了IPC加遠(yuǎn)程IO模塊的形式，所有的信號(hào)除必要的前端放大處理以適應(yīng)外圍采集模塊的特性外，其余信號(hào)均直接采用遠(yuǎn)程IO模塊采集，遠(yuǎn)程IO模塊通過(guò)網(wǎng)線同IPC進(jìn)行通信以傳遞相關(guān)的信息，所有的處理程序在IPC中處理，由于遠(yuǎn)程IO模塊體積較小，方便在機(jī)身上找到合適的位置安裝，同時(shí)，IPC可以較方便的安裝到任意合適的位置。系統(tǒng)能精確完成單支煙的故障判斷、剔除。通過(guò)工控一體機(jī)觸摸屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)采集。良好的人機(jī)界面，易于操作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制與維護(hù)。
一、微波掃描探頭工作原理
本產(chǎn)品利用煙絲條通過(guò)微波電磁場(chǎng)時(shí)，由于煙條的密度及水分含量的不同，使微波電磁場(chǎng)能量參數(shù)發(fā)生變化來(lái)檢測(cè)煙絲條的重量和含水量。由于微波信號(hào)頻率高、變化速度快，對(duì)材料密度及濕度的變化反應(yīng)極其敏感，而且它對(duì)被檢測(cè)材料本身不會(huì)產(chǎn)生任何損害，所以它具有能在線、實(shí)時(shí)、快速、無(wú)損對(duì)材料特性檢測(cè)的特點(diǎn)。本產(chǎn)品使用的微波功率極小，僅為10mW左右，所以它對(duì)工作場(chǎng)地及操作人員不會(huì)造成任何污染和傷害。
微波信號(hào)由微波振蕩器產(chǎn)生，通過(guò)傳輸線將信號(hào)送到電磁場(chǎng)空腔組件，當(dāng)煙條穿過(guò)電磁場(chǎng)空腔時(shí)，不同密度及含水量的煙條將會(huì)引起微波電磁場(chǎng)能量參數(shù)的不同變化，通過(guò)對(duì)能量參數(shù)檢測(cè)，并通過(guò)信號(hào)分析軟件的分析、處理，最終得到煙條的實(shí)時(shí)密度值及含水量，并由信號(hào)驅(qū)動(dòng)板送到煙支平均重量控制系統(tǒng)而完成煙支重量檢測(cè)及控制功能。
檢測(cè)原理如圖1所示：
圖1
1為微波發(fā)生器；2、5為隔離環(huán)；3為諧振腔；4為被測(cè)煙條； 6為檢波放大器；7為數(shù)據(jù)處理器；8為微波發(fā)生器的控制線路；9為輸出信號(hào)。
微波發(fā)生器1向諧振腔輸送兩種不同頻率的微波，通過(guò)諧振腔未受煙條影響（空腔）與受煙條影響（加載）的諧振曲線的變化來(lái)測(cè)定煙條的密度和水分，隔離環(huán)的作用是避免信號(hào)的互相干擾.
諧振腔輸出的微波諧振曲線如圖2所示
圖2
其中：f0、u0為空腔（即未放入被測(cè)煙條）時(shí)的諧振曲線。
f1、u1為加載（即放入被測(cè)煙條）時(shí)的諧振曲線。
fa、fb為微波發(fā)生器輸送的兩個(gè)微波頻率，ua、ub為檢波器檢出的輸出微波信號(hào)。
?。簎直=1/2（ua+ub）
u交=1/（ub-ua）
u直反映了被測(cè)煙條的密度，密度越大，u直越大，設(shè)m為被測(cè)煙條的密度，則m與u直之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：m=a+bu直+c（u直）2為二階方程式。式中常數(shù) a、b、c采用已知密度的物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定后獲得。根據(jù)上式，當(dāng)諧振腔內(nèi)加入被測(cè)煙條時(shí)，檢波器檢出ua、ub后，在數(shù)據(jù)處理器中可以求得u直和m，從而測(cè)出煙條的密度。
u交反映了被測(cè)煙條的水分，水分含量越大，u交越大，設(shè)w為被測(cè)煙條的水分含量，則w與u交之間的數(shù)學(xué)關(guān)系如下：w=d+eu交+f（u交）2為二階方程式，式中常數(shù)d、e、f采用已知水分的物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定后獲得。同樣，在數(shù)據(jù)處理器中可以求得u交和w，從而測(cè)出煙條的水分。
二、 重量控制系統(tǒng)工作原理
微波檢測(cè)系統(tǒng)把采集到的煙支密度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后以總線通訊方式傳送到重量控制模塊，重量控制模塊再依據(jù)煙條同步脈沖信號(hào)就可以計(jì)算出單支煙的重量和分段密度值。然后重量控制模塊取連續(xù)16支煙計(jì)算出單支重量的平均值根據(jù)控制死區(qū)的設(shè)定值來(lái)進(jìn)行調(diào)整，另外重量控制模塊也同時(shí)把每支煙重量的數(shù)據(jù)以總線通訊方式傳送到煙支取樣及剔除模塊。
煙支取樣及剔除模塊把重量控制模塊傳送過(guò)來(lái)的煙支重量、煙段密度值和IPC上設(shè)定的超重、超輕、軟點(diǎn)、硬點(diǎn)、端部空松剔除閥值做比較，其中任一指標(biāo)如超過(guò)設(shè)定值則該煙視為不合格煙支，如果相應(yīng)剔除功能啟用則把這支煙作為廢品剔除，同時(shí)把剔除煙支數(shù)和相應(yīng)方式傳送到IPC進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。同時(shí)采集原機(jī)的平準(zhǔn)盤(pán)的位置信號(hào)實(shí)現(xiàn)平準(zhǔn)盤(pán)停機(jī)定位等功能。
煙支平均重量控制系統(tǒng)的硬件采用了德國(guó)倍福公司的遠(yuǎn)程IO及工控一體機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件方面采用德國(guó)倍福公司的TWinCAT軟件，其編程環(huán)境為IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制編程語(yǔ)言。
三、人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。
人機(jī)界面部分采用通用的編程語(yǔ)言DELPHI編寫(xiě)，該人機(jī)界面程序和重量控制系統(tǒng)軟件同在工控一體機(jī)中運(yùn)行，界面程序和重量控制系統(tǒng)軟件在工控機(jī)內(nèi)部建立通信連接，接收并分別顯示其相關(guān)的數(shù)據(jù)。
重量報(bào)告畫(huà)面
煙絲分布曲線畫(huà)面
缺陷煙統(tǒng)計(jì)畫(huà)面
重量控制參數(shù)設(shè)定畫(huà)面
剔除控制參數(shù)設(shè)定畫(huà)面
品牌參數(shù)設(shè)定畫(huà)面
