隨著我國加入WTO，煙草行業(yè)也正在發(fā)生變化，國內(nèi)卷煙企業(yè)正強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，其目的就是為了把企業(yè)品牌做強(qiáng)、做大。我們都知道，要想把品牌做好，產(chǎn)品質(zhì)量是關(guān)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(jī)在運(yùn)行的過程中會產(chǎn)生各種的廢煙（如缺嘴、松頭、翹邊等等）。通過相應(yīng)的檢測設(shè)備對煙支進(jìn)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(qū)動剔廢閥將有問題煙支剔除。但現(xiàn)有的剔廢閥控制器設(shè)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(yīng)的剔廢閥監(jiān)視器。使用起來非常不方便，且維護(hù)難度大、成本高，對企業(yè)發(fā)展及技術(shù)革新造成相當(dāng)大的制約。本控制系統(tǒng)以ATMEL公司生產(chǎn)的89C52單片機(jī)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(yīng)答信號進(jìn)行回讀來判斷剔廢閥自身是否存在故障。這樣就實(shí)現(xiàn)了純粹的煙支生產(chǎn)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(jìn)行剔廢操作的。在卷煙機(jī)控制器上的高速開關(guān)動作（包括剔廢，取樣要求等）都是以內(nèi)部機(jī)器時鐘作為基準(zhǔn)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(jìn)行光隔后，在經(jīng)過一個與非斯密特觸發(fā)器后再經(jīng)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(biāo)輸入始終呈現(xiàn)低電平的狀態(tài)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)廢煙的時候，色標(biāo)輸入出現(xiàn)一個脈沖，每一個色標(biāo)脈沖就是代表了產(chǎn)生一支廢煙。這個色標(biāo)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(jìn)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(jìn)行移位，當(dāng)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(jìn)行移為操作，最后觸發(fā)第四個移為寄存器進(jìn)行移為操作，這樣輸入的色際脈沖就實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)際上是用來調(diào)試用的，是因為卷煙機(jī)是在高速的運(yùn)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(diào)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(diào)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(dāng)剔廢閥出現(xiàn)自身故障時容易導(dǎo)致廢煙誤作好煙進(jìn)入包裝機(jī)。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(jié)構(gòu)功能上可以看出，輸出可以調(diào)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(jī)速度更快的時候可能這個光藕工作不過來。

經(jīng)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(jī)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(qiáng)大且控制精度及準(zhǔn)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(yīng)該有以下的功能和特點(diǎn)：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(shè)定由兩個撥碼開關(guān)組成，可設(shè)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(diào)試。4、能通過串口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)向計算機(jī)傳送數(shù)據(jù)，這個目的是生產(chǎn)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(jī)中，供技術(shù)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(jī)運(yùn)行的現(xiàn)場實(shí)際情況，結(jié)合老式煙機(jī)存在的問題。筆者以ATMEL公司生產(chǎn)的89C52單片機(jī)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(yīng)答信號進(jìn)行回讀來判斷剔廢閥自身是否存在故障。這樣就實(shí)現(xiàn)了純粹的煙支生產(chǎn)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(dāng)煙支進(jìn)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(zhuǎn)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(jìn)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(zhuǎn)化為數(shù)字信號送入單片機(jī)中，單片機(jī)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(guān)來設(shè)定，因此可以設(shè)定0～99個煙支，單片機(jī)通過讀寫撥碼開關(guān)電路把整定值讀入到單片機(jī)中，例如當(dāng)傳感器與剔廢閥之間有15支煙的距離時，撥碼開關(guān)整定到15即可。

單片機(jī)的13腳CLK為基準(zhǔn)時鐘脈沖信號輸入，每一個時鐘脈沖代表一支煙。當(dāng)A/D采樣判斷到有壞煙時，便開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到撥碼開關(guān)整定的數(shù)值時，有問題的煙支正好從檢測裝置運(yùn)動到剔廢閥，此時單片機(jī)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(yīng)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(yùn)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(jī)一個反饋信號（應(yīng)答信號），告知單片機(jī)剔廢閥的剔廢情況。如單片機(jī)在發(fā)出剔廢請求后在一定時間內(nèi)沒有收到剔廢閥反饋回來的應(yīng)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(qū)動指示燈的，因為單片機(jī)自身的I/O口驅(qū)動功率不夠。74HC00是用來當(dāng)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(jī)初始化過程中閉鎖單片機(jī)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(fù)位和看門狗功能，同時它可以紀(jì)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(jī)作為分析運(yùn)算參考。

結(jié)束語

通過筆者的調(diào)試仿真，新式剔廢閥控制器性能穩(wěn)定、動作可靠。運(yùn)算速度快且性價比極高，適合推廣使用。