基于NodeMCU的復(fù)合濾棒成型機(jī)料斗改進(jìn)系統(tǒng)研究

引言

目前,煙草行業(yè)把減害降焦擺在突出位置,一種立竿見影的措施就是使用復(fù)合濾棒。復(fù)合濾棒成型機(jī)是生產(chǎn)復(fù)合濾棒的設(shè)備,現(xiàn)已成為濾棒生產(chǎn)企業(yè)的重要設(shè)備。除了部分企業(yè)在最近幾年引進(jìn)了德國HAUNI公司、荷蘭ITM集團(tuán)和意大利Montrade生產(chǎn)的復(fù)合濾棒成型機(jī)外,我國當(dāng)前復(fù)合濾棒成型機(jī)主要為20世紀(jì)引進(jìn)英國MoLINs公司生產(chǎn)的DR2-5型復(fù)合濾棒成型機(jī),以及在其他纖維濾棒成型機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)的衍生機(jī)型。

部分生產(chǎn)復(fù)合濾棒的機(jī)型是在YL21纖維濾棒成型機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的,主要改進(jìn)部位是用復(fù)合濾棒分切裝置替換了開松上膠機(jī)。在日常生產(chǎn)中,時(shí)常會(huì)出現(xiàn)原棒卡棒的現(xiàn)象,每次卡棒都勢必要造成設(shè)備停機(jī),維修過程中需要重新調(diào)試機(jī)器,浪費(fèi)大量原棒。

引起卡棒的原因主要有兩個(gè)方面:一是原棒在料斗中直接進(jìn)入到分切鼓輪,由于分切鼓輪是逆時(shí)針運(yùn)行,實(shí)際上每次只有最右邊的原棒才能卡入分切鼓輪的輪槽,料斗左邊的原棒保持一種相對(duì)靜止的狀態(tài),無法從下部落入分切鼓輪右邊的輪槽:由于料斗高度較高,運(yùn)行一段時(shí)間后,就會(huì)造成原棒在料斗中左高右低的現(xiàn)象,料斗中的原棒會(huì)從左邊的高處散落到右邊的低處,導(dǎo)致原棒無法正確地卡入分切鼓輪的輪槽中。二是由于部分原棒本身的質(zhì)量問題,如出現(xiàn)長度不夠、爆口等缺陷,都會(huì)造成原棒被分切后,卡在分切鼓輪或提升及調(diào)頭機(jī)構(gòu)中,從而造成設(shè)備停機(jī)。

卡棒現(xiàn)象在復(fù)合濾棒的生產(chǎn)過程中,極易造成原料的浪費(fèi)和生產(chǎn)計(jì)劃的延誤,增加操作人員的工作強(qiáng)度,因此對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)很有必要。本文設(shè)計(jì)了一種料斗改進(jìn)系統(tǒng):在原機(jī)的基礎(chǔ)上,用柔性隔離帶將料倉分為上下兩部分,加裝篩選鼓輪、原棒定位檢測裝置以及原棒剔除裝置,利用NodeMCU接受定位檢測裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,控制篩選鼓輪和原棒剔除裝置,以達(dá)到降低不合格原棒進(jìn)入分切鼓輪的目的,保證原棒正確卡在分切鼓輪的輪槽中,大大降低卡棒的故障概率。

1整體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

復(fù)合濾棒成型機(jī)的料斗機(jī)構(gòu)主要由料倉、攪動(dòng)輪和分切鼓輪等構(gòu)成(圖1）。本文的改進(jìn)方案主要是增加一個(gè)篩選輪和原棒定位檢測裝置(圖2),將質(zhì)量和定位不合格的原棒剔除出去。分切鼓輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),篩選輪設(shè)定為順時(shí)針旋轉(zhuǎn),使得原

棒在料斗中不會(huì)出現(xiàn)"左高右低"的現(xiàn)象。篩選鼓輪所配的軸承、軸承端蓋和固定螺釘?shù)攘慵叽缇头智泄妮喴恢?可有效降低加工成本。

圖1原料斗機(jī)構(gòu)

圖2改進(jìn)后的料斗機(jī)構(gòu)

原棒定位檢測裝置采用兩塊夏普紅外測距傳感器模塊,分別安裝于篩選鼓輪兩端,通過判斷原棒篩選輪上的位置來判斷原棒是否有缺陷（爆口等原因造成長度不夠),以及原棒是否正確地卡在篩選輪上（如果位置不正確,則兩端距離與位置正確原棒的兩端距離不一致)。剔除裝置為高壓空氣噴嘴,接復(fù)合濾棒成型機(jī)自帶的高壓空氣,通過電磁閥來控制。光電開關(guān)安裝于隔板處,當(dāng)料斗下層的原棒觸動(dòng)光電開關(guān),則自動(dòng)關(guān)閉篩選輪,防止下層原棒過多。

2電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本改進(jìn)方案中的電路系統(tǒng)采用NodeMCU作為主控電路板,紅外測距傳感器模塊為夏普Gp2Y0A21YK0F,測距范圍為10～80cm,其尺寸為29.5cm×13cm×13.5cm,信號(hào)類型為模擬量輸出型。采用AD8591數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊,將傳感器的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。繼電器模塊為歐姆龍G5LE-1,主控電路板通過繼電器模塊控制篩選裝置的高壓空氣電磁閥。另外,主控電路板與篩選輪的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行連接,用來控制篩選輪的啟動(dòng)與停止。其接線原理如圖3所示。

3傳感器算法

本系統(tǒng)的核心是通過紅外測距傳感器測量的距離來判斷原棒是否卡在正確的位置,因此對(duì)距離的值要求很高,這里我們采用卡爾曼濾波算法對(duì)傳感器測量的值進(jìn)行處理?？柭鼮V波算法,廣泛應(yīng)用在傳感器數(shù)據(jù)融合、航空航天、工業(yè)控制、雷達(dá)信號(hào)處理等方面,取得了很多應(yīng)用成果。利用卡爾曼濾波算法的公式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模,其公式如下:

式中,X為系統(tǒng)狀態(tài):Z為測量值:Kg為卡爾曼增益:P為協(xié)方差:0為預(yù)測方差:R為測量方差。

傳感器數(shù)據(jù)處理的主要代碼如下:

//fi1terVa1ue為k-1時(shí)刻的濾波值,即是k-1時(shí)刻的值//p為估計(jì)誤差協(xié)方差不能取0

Ka1manFi1ter=(p=10,fi1terVa1ue=0}

functionKa1manFi1ter:new(o,o,R,1astMeasurement)

o=oor(}

setmetatab1e(o,se1f)

se1f.index=se1f

//預(yù)測下一時(shí)刻的值

predictVa1ue=fi1terVa1ue

//求協(xié)方差

se1f.p=se1f.p＋o

//記錄上次實(shí)際坐標(biāo)的值

preVa1ue=fi1terVa1ue

//計(jì)算ka1man增益

ka1man+ain=1/(1＋R)

//修正結(jié)果,即計(jì)算濾波值

se1f.fi1terVa1ue=predictVa1ue＋(1astMeasurement-predictVa1ue)Gka1man+ain

//更新后再次驗(yàn)證

se1f.p=(1-ka1man+ain)Gse1f.p

returno

end

4結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種復(fù)合濾棒成型機(jī)分切裝置的改進(jìn)系統(tǒng),能夠解決目前本廠濾棒原棒上料時(shí)出現(xiàn)卡棒的問題,機(jī)械結(jié)構(gòu)改動(dòng)不大,主要是增加了篩選輪,其軸承、軸承端蓋和固定螺栓等零件均可以和分切鼓輪通用,有效降低了加工成本:采用NodeMNC作為主控電路板,具有使用簡單,能夠快速開發(fā)原型機(jī)的優(yōu)點(diǎn),在本系統(tǒng)中主要運(yùn)用在處理傳感器數(shù)據(jù)上,運(yùn)行能力強(qiáng)。另外,NodeMNC本身采用ESP8266物聯(lián)網(wǎng)芯片,是一種開源物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的芯片,將復(fù)合濾棒成型機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù),通過NodeMNC傳輸至數(shù)據(jù)平臺(tái),管理人員能夠隨時(shí)查看到目前的生產(chǎn)狀況,為建設(shè)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。