技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
烟草配送中心条烟分发控制系统及控制方法，特别涉及一种异型烟柔性分发控制系统及控制方法。
背景技术
[0002] 随着异型烟产量的不断攀升，异型烟自动分拣的需求也是越来越大，但是由于异型烟特殊的外形尺寸、重量等特性使得现有的自动分拣技术存在很多漏洞和不足，导致自动分拣系统容易出现卡烟、堵烟、损烟等问题，故障率和损烟成为了现有系统最大的问题，因此找到一种解决该问题的控制系统和方法，成为了很多
卷烟配送中心的迫切需求。
[0003] 现有的分拣方式主要是依靠固定的分拣模式，不同品牌的异型烟按照预先设定好的相同的方法进行分拣，这种分拣方式会出现
质量重的条烟分发的
力度不够，滞留在分发通道口，而未进入
指定位置，或烟姿歪斜造成卡烟、堵烟；轻的条烟分发力度过大，超出了指
定位置造成条烟的烟姿不正，或因反弹力度大造成追尾，影响下一道分拣流程，因此异型烟的分发对分发设备和工艺提出了较高要求。
发明内容
[0004] 针对
现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是针对异型烟分发并配合分发机构完成异型烟的柔性分发，提供一种烟草配送中心条烟分发控制系统及控制方法，利用数据驱动技术，依靠PLC进行柔性分发
算法控制，通过伺服控制精准实现，让每一种异型烟根据外形尺寸、重量属性找到适合的分发轨迹，从而稳定、可靠的完成条烟分拣任务，并减小条烟的破损率。
[0005] 本发明正是基于目前的现状来解决根本问题的。首先，采用模
块化的设计思路，使得每一个分发异型烟的通道都是一模一样的电气结构，实现了很高的重复性和可移植性，其次将柔性分发算法和伺服控制方法有机的结合起来，让异型烟的分发变得稳定、可靠，分发的异型烟不再有损伤的痕迹，提高用户的满意度。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案是：
[0007] 一种异型烟柔性分发控制系统，包括PLC
控制器、
现场总线组件模块、
电机驱动模块、
数据采集I/O模块、传感检测机构和位置
跟踪装置；所述PLC控制器通过现场总线组件模块与电机驱动模块、数据采集I/O模块电性连接；
[0008] 所述传感检测机构放置于异型烟拨打位置处，所述
位置跟踪装置放置于
伺服电机尾部，所述位置跟踪装置置于和传感检测机构的电
信号接入数据采集IO模块，所述数据采集IO模块采集这些数据并通过现场总线组件模块发送到PLC控制器进行相关
数据处理；所述系统根据动态柔性计算，做出相应的响应处理，产生柔性分流数据传送到每个分发通道对应的电机驱动模块。
[0009] 本发明的控制方法为:
[0010] 在控制系统进行分拣前，上位计算机把每一分发通道所分发的异型烟品牌下达给PLC控制器，PLC控制器根据异型烟的品牌在PLC控制器的数据表内查找该品牌相关的重量、尺寸数据，然后根据相关算法得出每一台分拣设备的每一个分发通道的控制参数，并将这些参数通过现场总线组件模块分发到每一个分发通道的电机驱动模块，当进行分拣时，电机驱动模块根据这些参数所构成的运动轨迹执行异型烟分发，具体运动轨迹如下所述：
[0011] 当PLC控制器接受到品牌时，分发通道根据异型烟长度特性自动控制第一拨块至初始分发位置A，位置A靠近异型烟尾部，目的是为了第一拨块、第二拨块和异型烟在低速时
接触，避免异型烟受力位置损伤，由于不同品牌异型烟的长度差异，位置A会在一定区域内变化。
[0012] 当上位计算机下达任务品牌时，PLC控制器接受并分析数据的合理性，PLC控制器接受数据后开始内部分析，根据物料的特性通过柔性分发算法，得出每一台设备每个通道的相应分发信息，然后通过现场总线组件模块分发到每一个分发通道的电机驱动模块，电机驱动模块根据下达的数据参数分发不同的异型烟。
[0013] 所述的柔性分发算法为：
[0014] 假定A品牌异型烟长度为l,重量为m，拨打的初速度为V0＝0m/s，末速度为V1,异型烟从拨打到异型烟出口的
加速时间为t0，拨打块从位置B到区域C的减速时间为t1，第一条烟开始拨打到第二条烟开始拨打的时间是该算法的总时间(即出烟周期)为t，出口到异型烟的长度为lB，拨打的位移为S＝l+lB,r是环形
输送链拨打
链轮的半径
[0015] 1.根据位移和时间的关系
[0016] 由于初速度为V0＝0m/s，因此
[0017] 2.因为加速度a＝(V1-V0)/t0 ②
[0018] 再根据V1＝k*m③其中k是根据
大数据分析得出的经验系数，k＝2.5[0019] 于是a＝(k*m-V0)/t0
[0020] 将③代入②得到a＝(k*m-V0)/t0，又因为V0＝0m/s
[0021] 所以a＝(k*m)/t0 ④
[0022] 由①、④得 把S＝l+lB代入⑤得加速时间t0＝2*(l+lB)/(k*m)
[0023] 因减速时间t1＝t-t0 t是出烟周期，t＝0.5s
[0024] 所以减速时间t1＝[0.5*k*m-2*(l+lB)]/k*m
[0025] 加速时间和减速时间是算法中需要发送的参数之一；
[0026] 3.根据线速度和转速的关系V＝2*n*π*r，其中n是转速,
[0027] 因此出烟时的最高转速为n1＝V1/(2*π*r) ⑥
[0028] 将①代入②得到V1＝2*S/t0+V0由于V0＝0m/s，公式简化为V1＝2*S/t0 ⑦[0029] 将⑦代入⑥中得到n1＝S*π*r/t0 ⑧
[0030] 把S＝l+lB代入⑧得转速n1＝π*r*(l+lB)/t0
[0031] 转速也是算法中需要发送的参数之一
[0032] 加速时间、减速时间和转速是算法中需要计算出的三个控制参数，通过三个参数的给定就能达到控制预想的效果。
[0033] PLC控制器按照异型烟的出烟时间(一般为0.5秒一条烟)，将转速从0加速至n1最大末速度，然后再从最大速度减速至零速度，之后再拨打下一条烟，循环往复。
[0034] 电机驱动模块(亦可称为电机驱动模块)的输出转速,就是根据PLC控制器对不同种类异型烟的品牌计算的对应拨打速度，通过modbus协议获得。
[0035] 工作原理如下：
[0036] 当进行分拣时，异型烟从料仓④里落到环形输送链上，检测到物料后，第一拨块在控制区域A内开始进入加速阶段，加速的距离根据异型烟的特性计算得出，第一拨块到达控制点B后开始减速，减速的距离也是根据异型烟的特性计算得出，最后第一拨块到达控制区域C，第一拨块拨打过程结束，这时第二拨块到达控制区域A内，并正好位于下一条异型烟尾部，然后第二拨块重复第一拨块的拨打过程。
[0037] 综上所述，一种异型烟柔性分发控制系统的控制方法，包括：
[0038] 第一步：由上位计算机下达分拣的任务订单至PLC控制器，PLC控制器分析订单中异型烟的品牌和数量，检测当前设备中异型烟的品牌和数量与上位下达的信息是否一致，如果一致PLC控制器接受任务并开始进行订单详细分析与运算，如果下达信息不一致，则报警并向上位机发出故障信息；
[0039] 第二步：PLC控制器经过详细分析与采用柔性分发算法运算后，将生成每个通道的分发数据存储于PLC控制器数据区内；
[0040] 第三步：存储于PLC控制器数据区的数据，同时下发到电机驱动模块，所述电机驱动模块开始调整第一拨块的初始位置，进入控制区域A内异型烟尾部的精确待机位；
[0041] 第四步：当主线开始运行后，按照下达的信息以指定的速度开始加速，异型烟到达出口时，出速度已经加速至最大，异型烟按照这个速度，做自由落体运动，落入中心皮带中间位置；
[0042] 第五步：第二拨块从控制点B开始减速过程，到达控制区域C后，速度减为零，这时，第二拨块到达下一条异型烟的拨打位置；
[0043] 第六步：经过以上步骤一条异型烟就完成拨打，循坏往复就完成异型烟的分发过程，当通道内分发数量等于下达的数量时，上报PLC控制器并等待下一任务的执行，每一个通道都是按照该流程执行。
[0044] 所述PLC控制器根据异型烟的品牌在PLC控制器的数据表内查找该品牌相关的重量、尺寸数据，然后根据所述柔性分发算法得出每一台分拣设备的每一个分发通道的控制参数。
[0045] 所述柔性分发算法为：
[0046] 加速时间t0＝2*(l+lB)/(k*m)
[0047] 减速时间t1＝[0.5*k*m-2*(l+lB)]/k*m
[0048] 电机转速n1＝π*r*(l+lB)/t0
[0049] 式中：异型烟长度为l,重量为m，拨打的初速度为V0＝0m/s，末速度为V1，异型烟从拨打到异型烟出口的加速时间为t0，拨打块从位置B到区域C的减速时间为t1，第一条烟开始拨打到第二条烟开始拨打的时间是该算法的总时间/出烟周期为t，出口到异型烟的长度为lB，拨打的位移为S＝l+lB,r是环形输送链拨打链轮的半径，t是出烟周期，根据工况设定t＝0.5s。
[0050] 一种异型烟柔性分发控制系统及控制方法的有益效果在于：
[0051] 1.采用先进的柔性分发算法，通过运用大数据的统计分析，将每一种异型烟的特性数据储存在数据表中，当上位计算机下达分拣品牌时，PLC控制器根据对应算法，运算出不同物料特性异型烟的分发控制参数，通过modbus通信网络把分发控制参数发送给电机驱动模块(亦可称为电机驱动模块)；
[0052] 2.分发控制采用单元化设计，每台分发设备包含多个分发通道，每个分发通道就是一个相对独立的分发单元，而每个分发通道的控制电气都采用相同的单元化设计，配备有现场总线组件模块模块、电机驱动模块(亦可称为电机驱动模块)及伺服电机等；
[0053] 3.异型烟柔性分发，分发设备的环形拨打装置通过伺服控制的运行曲线算法运算后，实现对不同的异型烟采用不同的速度和加速度，使得不同的异型烟在分发时有不同的运动轨迹，实现不同物料特性异型烟的柔性分发。
[0054] 4.本发明提供一种用于异型烟柔性分发控制系统设计方案，系统配置简单，效率高，稳定可靠且扩展性好。其关键点在于使用PLC控制器柔性算法与电机驱动模块(亦可称为电机驱动模块)组合使用，可以实现对特性差异较大的异型烟的精准分发。
[0055] 5.本发明提供一种PLC控制器柔性分发控制实现方法，可根据大数据分析后，动态计算重量、尺寸特性差异较大的各种异型烟的分发数据，该方法是实现异型烟动态分发控制的一个非常有效的方法，是本发明的显著特征之一。
附图说明
[0056] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0057] 图1为本发明的布局及控制点示意图；
[0058] 图2为系统结构示意图；
[0059] 图3为电气控制系统示意图；
[0060] 图4为V-T曲线示意图；
[0061] 图5为系统流程；
[0062] 图中：1-环形输送链、2-第一拨块、3-异型烟、4-料仓、5-第二拨块、6-伺服电机、7-位置跟踪装置、8-传感检测机构、9-控制区域A、10＝控制点B、11-控制区域C、12-减速段、13-加速段。
[0063] 21-电气控制系统、22-PLC控制器、23-现场总线组件模块、24-电机驱动模块、25-数据采集I/O模块、26-传感检测机构、27-位置跟踪装置。
具体实施方式
[0064] 下面结合附图对本发明结合实施例做进一步的详细说明。
[0065] 本发明异型烟柔性分发控制方法中控制系统的布局及控制点实施例示意图参见图1，详细说明控制系统的布局情况以及每个控制点的作用，所述控制系统包括PLC控制器22、电机驱动模块24(亦可称为电机驱动模块24)、伺服电机以及伺服电机所带的
编码器、异型烟检测
传感器，一个项目中只会有一个PLC控制器22，该PLC控制器22主要放置于主控制柜内，控制着众多的分发通道，电机驱动模块24则是每个通道都有的控制器件，电机驱动模块24是以组为单位进行电气设计的，每10个通道为一组设备，一组设备设有一个控制箱，这个控制箱放置有是个通道的电机驱动模块24及分布式输入输出采集器件，该控制箱挂置于设备正后方，伺服电机以及伺服电机所带的编码器则是安装于环形输送链的链轮附件，
直接驱动链轮的启停，异型烟检测传感器位于料仓底部，用于异型烟有无的检测。
[0066] 控制系统控制点描述如下：拨打第一条异型烟时，②会自动进入控制的位置A(A位置是一个根据异型烟长度变化而变化的区域)靠近异型烟尾部，当主线开始运行时，电机驱动模块24将会以给定的速度值带动⑥运行，同时电机驱动模块24实时的采集⑦的速度反馈值，实时修正速度的快慢，形成闭环控制，②从位置A加速到控制点B时，达到最大的出口末速度，然后开始进入减速阶段，当进入位置C时(位置C是一个根据异型烟长度变化而变化的区域，同时也是和位置A对称的区域)，速度减为零，当②停止于位置C时，⑤刚好进入②的起始位置，④内的异型烟不断的进入位置A区域，⑥带动①往复运动，②和⑤不断的交替拨打异型烟，这就是该控制系统的控制的运行方式。
[0067] 本发明异型烟柔性分发控制方法中控制系统组成实施例的组成图参见图2，[0068] 电气控制系统21是由PLC控制器22、现场总线组件模块23、电机驱动模块24、数据采集I/O模块25、传感检测机构26和位置跟踪装置27组成的。
[0069] PLC控制器2是整个电气控制系统的核心部件，主要负责数据接受/发出、数据分析、数据运算等，该核心部件放置于主控制柜内；
[0070] 现场总线组件模块23实现对每个通道I/O的数据采集，现场总线组件模块又以
背板通讯的方式与modbus通讯模块实现数据接受/发出，起到PLC和执行机构的
桥梁纽带作用，该部件放置于控制箱内；
[0071] 电机驱动模块24是主要的执行部件之一，该模块是将现场总线组件模块发出的控制指令和给定的速度值转换为电机转速的执行部件，同时采集电机反馈的编码器值，以达到实时
修改速度的目的，该部件放置于控制箱内；
[0072] 数据采集I/O模块25是负责采集设备运行时传感器信号的部件，就像人的感
感知器官，该部件放置于控制箱内，用来检测是否有异型烟存；
[0073] 传感检测机构26和位置跟踪装置27主要时对数据的采集，将信号发送到负责信号采集的模块，传感检测机构26放置于异型烟拨打位置处，位置跟踪装置27放置于伺服电机尾部。
[0074] 控制系统采用集中管理，分散控制的控制方式，将传感器、PLC、网络等诸多技术结合在一起，本发明采用一个PLC做为
主控制器，控制每一个通道的分发参数，该核心部件放置于主控制柜内，进行数据接受/发出、数据分析、数据运算等，PLC和控制箱内的总线
接口模块要敷设现场总线，PLC就是通过现场总线和放置于控制箱的总线接口模块实现对每个通道I/O的数据采集，总线接口模块又以背板通讯的方式(他们之间不需要布线，通过
机架插针)与modbus通讯模块实现数据接受/发出，modbus通讯模块再通过控制箱内布置的modbus总线，与同一控制箱内的10个电机驱动模块24进行数据交互，这10个电机驱动模块24的modbus总线互相串行连接，每个电机驱动模块24又与安装于每个通道的伺服电机进行数据交互和动力控制，电机驱动模块24在控制伺服电机运行时，又根据伺服电机的编码器反馈值，来实时修正速度给定值以保证按照PLC发出的速度值运行，每一个通道的电机驱动模块24在使用之前都要按照电机铭牌进行参数的设置。
[0075] 本实施例提供一种异型烟分发控制方法，此方法对分发的某一条烟的过程进行说明，包括以下步骤：
[0076] 第一步：由上位计算机下达分拣的任务订单至PLC，PLC分析订单中异型烟的品牌和数量，检测当前设备中异型烟的品牌和数量与上位下达的信息是否一致，如果一致PLC接受任务并开始进行订单详细分析与运算，如果下达信息不一致，则报警并向上位机发出故障信息；
[0077] 第二步：PLC经过详细分析与运算后，将生成每个通道的分发数据存储于PLC数据区内；
[0078] 第三步：存储于PLC数据区的数据，同时下发到各通道电机驱动模块24内，控制器开始调整第一拨块的初始位置，进入控制区域A内异型烟尾部的精确待机位；
[0079] 第四步：当主线开始运行后，按照下达的信息以指定的速度开始加速，异型烟到达出口时，出速度已经加速至最大，异型烟按照这个速度，做自由落体运动，落入中心皮带中间位置；
[0080] 第五步：第一拨块从控制点B开始减速过程，到达控制区域C后，速度减为零，这时，第二拨块到达下一条异型烟的拨打位置；
[0081] 经过以上步骤一条异型烟就完成拨打，循坏往复就完成异型烟的分发过程，当通道内分发数量等于下达的数量时，上报PLC并等待下一任务的执行，每一个通道都是按照该流程执行。
[0082] V-T曲线是在说明不同异型烟的不同拨打算法，A和A1都是第一拨块的拨打起始位置，A是针对异型烟I的起始位置，这个位置是根据异型烟长短计算出来的，异型烟的长度是在拨打前根据异型烟品牌录入到PLC数据存储区内的，上位下达品牌后，PLC会进行计算比对，分析后将相应数据发到某通道的拨打数据内，数据包括异型烟的长度、重量、出口末速度等，当开始分发时通道会根据数据执行相应的驱动数据，如异型烟I在相同时间t2内的加速会比异型烟II长一些，从图5中可以看出异型烟I到达B点位置的时间要比异型烟II要长，因为异型烟I要比异型烟II要短，出口的速度也会比异型烟II快，该发明就是针对不同异型烟使用柔性参数来拨打，使得不同异型烟仍然能放置于主分拣线的中心位置附近，使得烟姿保持不变。
