隨著我國加入WTO，煙草行業(yè)也正在發(fā)生變化，國內卷煙企業(yè)正強強聯(lián)合，其目的就是為了把企業(yè)品牌做強、做大。我們都知道，要想把品牌做好，產品質量是關鍵，從制絲、卷接、包裝每個環(huán)節(jié)都很重要。其中煙支缺陷檢測是非常重要的環(huán)節(jié)，高速卷接煙機在運行的過程中會產生各種的廢煙（如缺嘴、松頭、翹邊等等）。通過相應的檢測設備對煙支進行全面檢測，如缺濾嘴、煙絲脫落或者松頭、翹邊、折邊，彎曲、畸形等，通過剔廢閥控制器的控制電路驅動剔廢閥將有問題煙支剔除。但現(xiàn)有的剔廢閥控制器設計方案比較落后，大部分采用集成電路式控制模式，功能相對比較單一，且需要配備相應的剔廢閥監(jiān)視器。使用起來非常不方便，且維護難度大、成本高，對企業(yè)發(fā)展及技術革新造成相當大的制約。本控制系統(tǒng)以ATMEL公司生產的89C52單片機作為核心器件，通過A/D采樣計算光電傳感器檢測到的煙支情況，來判斷煙支是否完好。把檢測到有問題的煙支通過控制剔廢閥來剔除掉。同時對剔廢閥的應答信號進行回讀來判斷剔廢閥自身是否存在故障。這樣就實現(xiàn)了純粹的煙支生產檢測、剔除、自檢一體化的智能控制系統(tǒng)。
老式剔廢閥控制器存在的弊端
下面看看老式剔廢閥控制器如何進行剔廢操作的。在卷煙機控制器上的高速開關動作（包括剔廢，取樣要求等）都是以內部機器時鐘作為基準的，每個時鐘脈沖就是代表一支煙，其上升沿就是代表一支煙的開始。所以對于廢煙剔除電路來說，最重要的就是同步性的問題。在老式剔廢模塊上，時鐘信號通過4N25進行光隔后，在經過一個與非斯密特觸發(fā)器后再經過幾個整形后連上4025的CLK腳上作為觸發(fā)。另外三個移位寄存器4035串聯(lián)輸出。下圖是該剔廢系統(tǒng)電路圖。
在正常沒有廢煙的時候，輸入端只有同步脈沖和時鐘脈沖，色標輸入始終呈現(xiàn)低電平的狀態(tài)；當發(fā)現(xiàn)廢煙的時候，色標輸入出現(xiàn)一個脈沖，每一個色標脈沖就是代表了產生一支廢煙。這個色標脈沖與同步脈沖組合后作為第一個移位寄存器4035的輸入，與同步脈沖進行組合是為了要確保煙支動作的同步性。第一個移位寄存器的輸出觸發(fā)第二個移位寄存器，這時根據(jù)輸入的時鐘信號進行移位，當移位到Q3為1即輸出為1000的時候觸發(fā)第三個移為寄存器，同樣道理，第三個移為寄存器也開始進行移為操作，最后觸發(fā)第四個移為寄存器進行移為操作，這樣輸入的色際脈沖就實現(xiàn)了移位操作。在第二到第四個移位寄存器上一共有9個輸出，這9個輸出實際上代表的就是剔廢閥到檢測傳感器之間的距離，距離的單位是煙支數(shù)。這9個輸出實際上只有一個是有用的，因為剔廢閥得剔廢請求信號只有一個。之所以由9個輸出實際上是用來調試用的，是因為卷煙機是在高速的運行的，而剔廢閥與檢測傳感器之間的距離又是固定的，只能在安裝后通過調試來確定究竟是哪個輸出接到剔廢閥才是合適的。那些LED的作用就是用來方便調試用的。
通過這個電路的分析，可以看出這個電路中的一些弊端：1、沒有檢測元件，需要外加檢測傳感器。2、剔廢閥自身故障不能檢測，當剔廢閥出現(xiàn)自身故障時容易導致廢煙誤作好煙進入包裝機。還需外加剔廢閥監(jiān)視器。3、所使用到的邏輯器件比較多，這樣就會增加故障出現(xiàn)的幾率，而且一旦出現(xiàn)故障后又難于檢測。4、從電路的結構功能上可以看出，輸出可以調整的范圍較少，一旦剔廢閥到檢測傳感器之間的距離大于9支煙的時候，這個電路就無能為力了。5、原來電路中用的4N25不屬于高速光藕，如果到了卷煙機速度更快的時候可能這個光藕工作不過來。
經過上面的分析，老式剔廢閥控制器的弊端一目了然。因此筆者選用單片機作為主控制芯片，把檢測元件及自檢功能加入到控制器系統(tǒng)中，使剔廢閥控制器功能更加強大且控制精度及準確性都大大提高。
新式剔廢閥控制器系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)
鑒于老式剔廢閥控制器所存在的問題和不足，改造后的新型剔廢閥控制系統(tǒng)應該有以下的功能和特點：1、要把檢測用的傳感器集成到剔廢閥控制器中，同時要能檢測剔廢閥自身故障。使英具備檢測、判斷、剔廢、自檢一體化控制系統(tǒng)02、用一個新式光電傳感器檢測，根據(jù)傳感器反光程度不同輸出電壓就不同原理來判斷煙支存在問題的不同。3、檢測傳感器到剔廢閥之間的距離設定由兩個撥碼開關組成，可設定0～99，即檢測傳感器到剔廢閥之間的距離可以大到99支煙。方便安裝、調試。4、能通過串口實現(xiàn)單片機向計算機傳送數(shù)據(jù)，這個目的是生產過程中記錄的有問題的煙支類型及數(shù)量可隨時上傳的計算機中，供技術人員參考。5、要有工作指示燈來指示其工作的情況。
根據(jù)煙機運行的現(xiàn)場實際情況，結合老式煙機存在的問題。筆者以ATMEL公司生產的89C52單片機作為核心器件，通過A/D采樣計算光電傳感器檢測到的電壓信號，來判斷煙支是否完好。把檢測到有問題的煙支通過控制剔廢閥來剔除掉。同時對剔廢閥的應答信號進行回讀來判斷剔廢閥自身是否存在故障。這樣就實現(xiàn)了純粹的煙支生產檢測、剔除、自檢一體化的智能控制系統(tǒng)。
硬件原理見上圖。當煙支進入光電傳感器器時候，傳感器通過光的反射來判斷煙支的缺損，傳感器將光信號轉化為0～5V的電信號，因為煙支存在問題的不同，反射的光線就不同，進而輸出的電壓就不一樣。在這里分為3種，O～lV為翹邊，3.5～4V是松頭，4～5V為無嘴，其余電壓值為正常煙支。通過ND芯片將模擬0～5V電壓信號轉化為數(shù)字信號送入單片機中，單片機通過采樣量就知道煙支存在哪種問題。
傳感器與剔廢閥之間的距離通過二個8421撥碼開關來設定，因此可以設定0～99個煙支，單片機通過讀寫撥碼開關電路把整定值讀入到單片機中，例如當傳感器與剔廢閥之間有15支煙的距離時，撥碼開關整定到15即可。
單片機的13腳CLK為基準時鐘脈沖信號輸入，每一個時鐘脈沖代表一支煙。當A/D采樣判斷到有壞煙時，便開始計數(shù)，當計數(shù)到撥碼開關整定的數(shù)值時，有問題的煙支正好從檢測裝置運動到剔廢閥，此時單片機P2.2管腳輸出，啟動剔廢閥動作將有問題的煙支剔除。同時，啟動相應的告警指示燈。
原理圖中的開入部分是用來檢測剔廢閥自身是否正常運行的，若剔廢閥正常工作，在其接受剔廢請求動作后（剔除廢煙），剔廢閥立刻給單片機一個反饋信號（應答信號），告知單片機剔廢閥的剔廢情況。如單片機在發(fā)出剔廢請求后在一定時間內沒有收到剔廢閥反饋回來的應答信號，說明剔廢閥自身出現(xiàn)問題。此時裝置自檢報警燈亮直至故障消除，同時閉鎖輸出。防止剔廢閥錯誤動作將有問題的煙支裝入煙盒。
原理圖中的74HC04是六反相器，在這里是用來驅動指示燈的，因為單片機自身的I/O口驅動功率不夠。74HC00是用來當剔廢閥自身出現(xiàn)故障時閉鎖出口，防止誤動作把好煙剔除掉，74HC02是用來單片機初始化過程中閉鎖單片機出口的，防止此時I/O口狀態(tài)不穩(wěn)造成誤發(fā)信號。
X5045在這里用到了它的上電復位和看門狗功能，同時它可以紀錄存儲各種有問題煙支的數(shù)量以便通過串口提供給計算機作為分析運算參考。
結束語
通過筆者的調試仿真，新式剔廢閥控制器性能穩(wěn)定、動作可靠。運算速度快且性價比極高，適合推廣使用。
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