CN101750988A - 一种卷烟机数据通信、监控装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卷烟机数据通信、监控装置及其控制方法，装置包括：烟支检测单元，在线采集卷烟机各质量检测信号的实时数据，并对上述数据进行分析，剔除不合格烟支；监控器，通过现场总线接收烟支检测单元上传的实时数据，对该数据进行统计、更新、保存；方法包括：监控器向烟支检测单元发送读写命令；触发接收中断，如果烟支检测单元接收的数据满足通讯协议，则对内置存储器进行读写操作；向监控器发送响应帧数据；如果接收到烟支检测单元发送的响应帧数据，且满足通讯协议，则表明本次通信成功。本发明信号稳定，抗干扰能力强，具有突出的可靠性、实时性和灵活性，解决了监控器和烟支检测单元各结点之间的通信频繁、数据对象和种类繁多的问题。

Description

一种卷烟机数据通信、监控装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种烟草机械中的通信及监控技术，具体地说是一种利用现场总线进行通信的卷烟机数据通信、监控装置及其控制方法。

背景技术

卷烟生产过程中使用的检测单元用来在线检测烟支生产质量，包括烟支的密度、空头、漏气及缺嘴等检测，并对不合格烟支准确剔除。原先使用的烟支在线检测单元主要通过多块硬件电路板来实现，存在以下一些问题：

1.没有完整的与监控器进行数据通信的装置，无法直接监测当前传感器的检测结果和烟支信息统计结果等实时数据，不利于操作人员对当前生产情况及机器运行状况做出直接准确的分析判断。

2.对于不同的烟支品牌更换以及机械调整带来的参数调整，往往需要专业人员通过对检测单元中印刷电路板上的拨码开关重新设置来修改设定参数，不能在线操作，造成很多不便。

3.采用了多块印刷电路板，接口关系复杂，故障率高，由于没有监控器在线监控测试功能，一旦出现问题，在分散的多块电路板上很难找出原因，给调试维修带来很大困难。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种能够更加直观监测到当前机组的运行状况，提升***的工作性能，并增强***的稳定性和可靠性的卷烟机数据通信、监控装置及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种卷烟机数据通信、监控装置包括：烟支检测单元，在线采集卷烟机各质量检测信号的实时数据，并对上述数据进行分析，剔除不合格烟支；监控器，通过现场总线接收烟支检测单元上传的实时数据，对该数据进行统计、更新、保存；设置烟支检测单元所需的控制参数，并下传至烟支检测单元。

所述烟支检测单元包括中央处理器、A/D转换模块、废烟剔除模块及总线收发器，其中中央处理器由其内部的输入输出单元通过A/D转换模块接收来自卷烟机的各类传感器信号，对上述各传感器信号的数据进行分析处理，经输入输出单元输出信号至废烟剔除模块控制执行装置将废烟剔除；中央处理器由总线收发器通过现场总线与监控器进行通讯连接；所述总线收发器通过光电隔离器与中央处理器中的总线控制器耦合连接。

本发明一种卷烟机数据通信、监控装置的控制方法包括以下步骤：

监控器向烟支检测单元发送读写命令，同时设置定时器开始等待回应；

烟支检测单元在检测到监控器发来的命令后，触发接收中断；

判断烟支检测单元接收监控器的数据是否满足通讯协议？如果满足，则解析数据，对内置存储器进行读写操作；

烟支检测单元向监控器发送响应帧数据，烟支检测单元的接收中断结束；

监控器判断是否接收到烟支检测单元发送的响应帧数据？

如果接收到，则判断烟支检测单元向监控器发送的帧数据是否满足通讯协议，如果满足，则表明本次通信成功，成功次数加1；

本次通信结束。

如果烟支检测单元发送的帧数据不满足通讯协议，则监控器显示通信失败，并记录失败次数；本次通信结束；

监控器在设定时间内没有接收到烟支检测单元发送的响应帧数据，则监控器显示通信失败，并记录失败次数；本次通信结束；

如果来自监控器的数据不满足通讯协议，则向监控器发送错误帧信息，烟支检测单元的接收中断结束；

所述通讯协议以CAN总线协议为基础，利用扩展帧格式，形成具有29位自定义识别码的通讯协议，包括五部分：命令字符3位；数据起始地址10位；源地址3位；目的地址3位；数据长度10位。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明装置中的上位机和下位机通过现场总线方式进行通讯，可以在上位机的操作界面上对检测单元的设定参数在线修改，并能够随时了解所需要的来自下位机的检测数据及统计数据，上位机监控器采用全中文友好界面，以图形方式提供给用户，使操作人员更加方便的对检测单元进行控制。

2.本发明装置可以通过监控器实时观测到各个烟支检测单元的通信状态、传感器信号以及输入输出点状态，一旦出现故障，在监测画面上可以很快做出判断，大大缩短了故障修复时间。

3.本发明方法中使用的现场总线通信是一种有效支持分布式控制***和实时控制的串行通信网络，信号稳定，抗干扰能力强，具有突出的可靠性、实时性和灵活性，很好的解决了监控器和烟支检测单元各结点之间的通信频繁、数据对象和种类繁多的问题。

4.本发明装置以数字信号处理代替原先的模拟电路作为控制核心，模拟电路的性能受元器件参数性能影响变化比较大，相对而言数字***受环境温度及噪声影响小，可靠性高，与其他以现代数字技术为基础的***或设备的接口都是相互兼容的，相互配合工作来实现本发明装置的功能要比模拟***容易得多。

5.本发明装置采用了现场总线数据通讯，预留接口给企业管理信息***，为企业信息联网提供了方便，使企业内部可以建立全面的数据分析和决策支持，为烟草企业信息化建设发挥了重要作用。

6.本发明方法中使用的通信协议是在CAN协议的基础上，利用扩展帧的29位识别码形成自己的编码***，既满足了通用现场总线协议的要求来保证通信的通用性，也有自己的应用层协议，使得***有更强的保密性。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明装置中烟支检测单元的电气原理框图；

图3为本发明装置中烟支检测单元与总线的连接示意图；

图4为本发明方法中通信协议帧结构说明图；

图5为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本发明基于中央处理器(本实施例采用DSP，型号为TI公司的TMS320F28x系列)的卷烟机数据通信、监控装置的结构示意图，包括上位机即监控器1(本实施例采用触摸屏工控机)及下位机即烟支检测单元(本实施例包括用于检测烟支密度的第1烟支检测单元2及用于检测烟支稀释度、空头、缺滤嘴等质量指标的第2烟支检测单元3)，本发明装置的拓扑结构为总线结构，采用一主多从的方式，以监控器1为主站，内部配置网络通讯卡，烟支检测单元为从站，即第1烟支检测单元2为从站1，第2烟支检测单元3为从站2，和主站一起均挂在现场总线上作为通讯节点，从站1和从站2地位平等，通过软件在内部设置不同的网络地址来区别。

如图2所示，第1、2烟支检测单元2、3分别用来完成不同的检测功能，其结构相同，(包括中央处理器8、A/D转换模块9、废烟剔除模块10及总线收发器12)其中中央处理器8为控制核心，其内部的输入输出单元7通过A/D转换模块9接收来自卷烟机的各类传感器信号，对上述各类传感器信号的数据进行分析处理，将数字量值通过数据总线和地址总线保存到中央处理器8的内置存储器4中，通过中央处理器8的处理器内核5对存储器4内的数据分析判断，对烟支质量如稀释度和缺嘴等情况进行判定，一旦发现问题，对烟支作标记，当质量出现问题的烟支在生产过程中到达特定位置时(如卷烟机剔除鼓轮在转动过程中经过的某个固定位置)，经输入输出单元7输出信号至废烟剔除模块10，由废烟剔除模块10发出剔除信号，控制执行装置(如设于卷烟机剔除鼓轮后端的气动阀)将废烟剔除，并更新存内置储器中4的统计数据；中央处理器8由总线收发器12通过现场总线与监控器进行通讯连接，将内置存储器中4的统计数据及时上传给监控器1。

为了使现场总线上的电平与中央处理器8内部的控制器输出电平相匹配，采用高速总线收发器12配合中央处理器8内部的总线控制器6工作，总线收发器12与高速光电隔离器件13、14构成电平转换隔离电路，如图3所示，把总线控制器6的端口A和B经过光电隔离13、14后与总线收发器12的端口D端和R端相连，现场总线再与总线收发器12的端口H端和L端相连，完成电气隔离和电平转换功能，实现高可靠性串行通讯。

如图5所示，本发明装置通过上位机(监控器)和下位机(烟支检测单元)配合执行上位机流程及下位机流程实现其控制过程，具体如下：

监控器向烟支检测单元发送读写命令，同时设置定时器开始等待回应；

烟支检测单元在检测到监控器发来的命令后，由烟支检测单元的主程序跳转到接收中断程序；

烟支检测单元判断接收到的监控器发来的数据是否满足通讯协议？如果满足，则解析数据，当解析为读命令时，按照接收到的要读的数据起始地址和数据长度从内置存储器4中读出数据，并按照通讯协议对数据打包并保存到发送邮箱，将响应数据发送给监控器；当解析为写命令时，烟支检测单元首先对内置存储器4中的数据按照接收到的要写入的内存地址、数据长度和数据内容进行写操作，并对写完的数据从内置存储器4中读出并打包保存到发送邮箱，发送给监控器；

烟支检测单元的接收中断结束，返回烟支检测单元的主程序；

监控器判断是否接收到烟支检测单元发送的响应帧数据？

如果接收到，则判断烟支检测单元向监控器发送的响应帧数据是否满足通讯协议，如果满足，则解析数据命令，当数据解析为读命令时，直接将结果保存起来并作为监控显示，表明本次通信成功，成功次数加1；当解析为写命令时，判断读回的数据与要写入数据是否相同，如相同，则表明本次通信成功，成功次数加1；如果读回的数据与要写入数据不一致，则再向烟支检测单元进行写操作，本实施例中如果连续三次不成功，则认为通信失败，在监控器上显示通信错误，并记录失败次数，本次通信结束。

如果烟支检测单元向监控器发送的响应帧数据不满足通讯协议，例如要求读写数据的地址超出设定范围或命令不能识别等等，则监控器显示通信失败，并记录失败次数；本次通信结束。

如果监控器在设定时间内没有接收到烟支检测单元发送的响应帧数据，则监控器显示通信失败，并记录失败次数；本次通信结束。

如果烟支检测单元接收到的监控器的数据不满足通讯协议，例如读写数据的地址超出设定范围或命令不能识别等等，则向监控器发送错误帧信息，通知监控器发送信息已接收到，但是数据不满足协议，烟支检测单元的接收中断结束。

如图4所示，所述通信协议以CAN总线协议为基础，使用信息帧传递信息，CAN本身有标准信息帧和扩展帧两种信息帧，本实施例使用了扩展帧，包含29位识别码，对29位识别码制定相应的数据定义，利用其形成自己的通信协议，由识别码组成的信息单元由五部分组成，其意义如下：

1.命令字符：由3位组成，识别数据帧类型，判断是读命令、写命令还是错误帧；

2.数据起始地址：10位字符组成，事先监控器和烟支检测单元已约定好数据所在的相对地址表，监控器根据要读取或写入的数据将相对地址发送给烟支检测单元，从而保证双方数据和地址的对应；

3.源地址：3位字符组成，标志发送方地址；

4.目的地址：3位字符组成，标志接收方地址；

5.数据长度：10位字符组成，给出要读取或写入数据的个数，根据数据起始地址和数据长度这两个参数，就可以灵活的选择内存中的任意一块地址范围内的数据作为对象来进行读写。

通讯协议的制定：首先将29位标识码根据通讯协议拆分，得到有效信息(命令字符、数据起始地址、源地址、目的地址以及数据长度)；对发送方和接收方源地址和目的地址进行地址过滤，判断数据是否为发送方发送给该节点的信息，如果是则分析命令字符为读命令还是写命令；根据数据起始地址和数据长度判断要读写的数据是否超过内置存储器4的读写范围。如果上述条件均符合，则认为满足协议，可进行下一步的读写操作。

Claims (8)

1.一种卷烟机数据通信、监控装置，其特征在于包括：

烟支检测单元，在线采集卷烟机各质量检测信号的实时数据，并对上述数据进行分析，剔除不合格烟支；

监控器(1)，通过现场总线接收烟支检测单元上传的实时数据，对该数据进行统计、更新、保存；设置烟支检测单元所需的控制参数，并下传至烟支检测单元。

2.按权利要求1所述的卷烟机数据通信、监控装置，其特征在于：所述烟支检测单元包括中央处理器(8)、A/D转换模块(9)、废烟剔除模块(10)及总线收发器(12)，其中中央处理器(8)由其内部的输入输出单元(7)通过A/D转换模块(9)接收来自卷烟机的各类传感器信号，对上述各传感器信号的数据进行分析处理，经输入输出单元(7)输出信号至废烟剔除模块(10)控制执行装置将废烟剔除；中央处理器(8)由总线收发器(12)通过现场总线与监控器(1)进行通讯连接。

3.按权利要求2所述的卷烟机数据通信、监控装置，其特征在于：所述总线收发器(12)通过光电隔离器与中央处理器(8)中的总线控制器(6)耦合连接。

4.一种卷烟机数据通信、监控装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

监控器向烟支检测单元发送读写命令，同时设置定时器开始等待回应；

烟支检测单元在检测到监控器发来的命令后，触发接收中断；

判断烟支检测单元接收监控器的数据是否满足通讯协议？如果满足，则解析数据，对内置存储器进行读写操作；

烟支检测单元向监控器发送响应帧数据，烟支检测单元的接收中断结束；

监控器判断是否接收到烟支检测单元发送的响应帧数据？

如果接收到，则判断烟支检测单元向监控器发送的帧数据是否满足通讯协议，如果满足，则表明本次通信成功，成功次数加1；

本次通信结束。

5.按权利要求4所述的卷烟机数据通信、监控装置的控制方法，其特征在于：

如果烟支检测单元发送的帧数据不满足通讯协议，则监控器显示通信失败，并记录失败次数；本次通信结束。

6.按权利要求4所述的卷烟机数据通信、监控装置的控制方法，其特征在于：

监控器在设定时间内没有接收到烟支检测单元发送的响应帧数据，则监控器显示通信失败，并记录失败次数；本次通信结束。

7.按权利要求4所述的卷烟机数据通信、监控装置的控制方法，其特征在于：

如果来自监控器的数据不满足通讯协议，则向监控器发送错误帧信息，烟支检测单元的接收中断结束。

8.按权利要求4所述的卷烟机数据通信、监控装置的控制方法，其特征在于：

所述通讯协议以CAN总线协议为基础，利用扩展帧格式，形成具有29位自定义识别码的通讯协议，包括五部分：命令字符3位；数据起始地址10位；源地址3位；目的地址3位；数据长度10位。

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