KDF2成型機(jī)濾條檢測裝置(終稿)

KDF2成型機(jī)新型濾條檢測裝置的研制創(chuàng)新型亮劍QC小組2015年4月前言在濾棒的生產(chǎn)過程中，有很大一部分輔料浪費(fèi)是由于跑條造成的。對于KDF2成型機(jī)，現(xiàn)有的濾條檢測手段存在缺陷，會造成大量的絲束浪費(fèi)；另外，當(dāng)絲束纏輥時，若因檢測失效不能及時停機(jī)，將導(dǎo)致開松輥“抱死”，對伺服系統(tǒng)造成極大損傷。為了保障設(shè)備安全、降低輔料消耗和減少勞動強(qiáng)度，小組開展創(chuàng)新型課題QC活動，研制更加有效的KDF2成型機(jī)濾條檢測裝置。小組成員名單姓名學(xué)歷職務(wù)組內(nèi)分工余翔本科車間主任組長代龍鑫本科車間副主任活動總體協(xié)調(diào)徐克敏本科車間設(shè)備員負(fù)責(zé)質(zhì)量診斷張學(xué)穩(wěn)大專生產(chǎn)二班班長技術(shù)咨詢陳忠祥大專生產(chǎn)三班電工技術(shù)咨詢卯世芳大專生產(chǎn)一班機(jī)修工技術(shù)咨詢曹德敏大專生產(chǎn)二班機(jī)修工調(diào)試安裝徐國現(xiàn)本科成型機(jī)操作工程序編寫、調(diào)試安裝呂佳本科成型機(jī)操作工資料編寫、成果發(fā)布趙安本科成型機(jī)操作工制作圖表、成果發(fā)布本次課題基本情況QC小組名稱成型車間QC小組活動起止日期2014.3-2014.12部門會澤卷煙廠成型車間課題類型創(chuàng)新型注冊日期2014.3注冊編號HH4QC-14-03-09活動課題KDF2成型機(jī)新型濾條檢測裝置的研制活動次數(shù)17次參加率100%一、小組概況（一）問題的提出二、選擇課題

1、在日常生產(chǎn)操作中，我們發(fā)現(xiàn)KDF2成型機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)生跑條時，會出現(xiàn)機(jī)器仍在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，造成了大量的輔料浪費(fèi)。2、當(dāng)發(fā)生絲束纏輥時，也會有機(jī)器仍能高速運(yùn)行的情況，致使大量絲束緊緊纏在開松輥周圍，出現(xiàn)開松輥“抱死”現(xiàn)象。對伺服系統(tǒng)造成極大損傷，并且操作人員清理纏緊的絲束十分困難，增加了勞動強(qiáng)度。（二）問題分析1、當(dāng)發(fā)生跑條和絲束纏輥時，機(jī)器為什么仍在高速運(yùn)行呢？現(xiàn)有的濾條檢測手段缺陷分析：2、小組統(tǒng)計(jì)了2014年4-6月份，發(fā)生跑條和絲束纏輥時檢測失效的次數(shù)，統(tǒng)計(jì)情況計(jì)如下所示表：

結(jié)論：原有的檢測裝置容易失效，不能滿足生產(chǎn)需要。日期機(jī)臺號浪費(fèi)原因浪費(fèi)絲束（Kg）浪費(fèi)成型紙（米）5月5日1號機(jī)跑條1.2420.675月5日4號機(jī)跑條0.8414.005月5日2號機(jī)絲束纏輥0.7813.005月6日2號機(jī)跑條2.5342.195月6日3號機(jī)跑條1.6928.175月7日1號機(jī)跑條2.4641.015月7日1號機(jī)絲束纏輥0.7212.025月7日4號機(jī)跑條1.7629.335月8日1號機(jī)跑條1.4223.685月8日2號機(jī)跑條4.9382.175月8日3號機(jī)絲束纏輥0.538.835月8日4號機(jī)跑條3.8564.165月9日2號機(jī)絲束纏輥1.0217.005月9日3號機(jī)跑條2.9749.505月9日3號機(jī)跑條1.4323.835月9日4號機(jī)跑條0.7813.015月9日1號機(jī)絲束纏輥1.0717.845月10日2號機(jī)跑條0.9716.165月10日3號機(jī)跑條2.5943.175月10日4號機(jī)絲束纏輥1.1519.185月10日4號機(jī)跑條5．0683.64平均值1.9431.55小組還統(tǒng)計(jì)了2014年5月5日-5月16日，發(fā)生跑條和絲束纏輥時，因檢測失效而造成的浪費(fèi)情況；

制圖：趙安時間：2014年7月4日制圖：趙安時間：2014年7月4日結(jié)論：因?yàn)V條檢測失效造成的浪費(fèi)嚴(yán)重。3、根據(jù)小組調(diào)查，發(fā)現(xiàn)跑條的持續(xù)時間越長，造成的浪費(fèi)越多，如下圖所示：

制表：徐國現(xiàn)時間：2014-07-09針對以上問題，小組通過網(wǎng)上查詢和業(yè)內(nèi)咨詢，并沒有找到更可靠的濾條檢測裝置。為了解決由濾條檢測失效帶來的問題，小組確定此次QC活動的課題為：（三）確定課題“KDF2成型機(jī)新型濾條檢測裝置的研制”三、設(shè)定目標(biāo)

定性目標(biāo)：當(dāng)發(fā)生跑條和絲束纏輥時，檢測裝置能夠有效檢測，并發(fā)出停機(jī)信號立即停機(jī)。定量目標(biāo)：把檢測失效次數(shù)控制在8次/月以內(nèi)。（一）目標(biāo)值的確定（二）目標(biāo)可行性分析

根據(jù)問題分析中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表，小組針對4臺KDF2成型機(jī)在2014年4-6月發(fā)生濾條檢測失效次數(shù)制作了散點(diǎn)圖。從表中清晰反映出，二號機(jī)在5月份發(fā)生濾條檢測失效的次數(shù)為8次。預(yù)期目標(biāo)是合理的，通過小組的努力可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)制圖：徐國現(xiàn)時間:2014年8月1日結(jié)合目標(biāo)設(shè)定要求，小組對控制平臺提出了三種方案：（一）提出方案基于ARM的控制方式基于PLC的控制方式基于單片機(jī)的控制方式新型濾條檢測裝置四、提出方案并確定最佳方案（二）方案分析

為了確保方案選擇的正確性，提高方案選擇的效率，小組對三種方案進(jìn)行了分析與比較。具體結(jié)果如下：方案一基于PLC的控制方式方案設(shè)計(jì)采用原機(jī)的西門子S7-315可編程邏輯控制器和冗余數(shù)字IO模塊。此方案由PLC處理控制及數(shù)據(jù)信號，同時可以直接產(chǎn)生停機(jī)信號。方案示意圖方案特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性高，采用現(xiàn)有冗余數(shù)字IO模塊，無需增加硬件（￥0）缺點(diǎn)：在原機(jī)控制系統(tǒng)中增加程序風(fēng)險大，程序設(shè)計(jì)有難度，處理速度一般（高速計(jì)數(shù)模塊也只有2.5kHz）。制表：徐國現(xiàn)時間：2014-0-06四、提出方案并確定最佳方案四、提出方案并確定最佳方案（二）方案分析方案二基于單片機(jī)的控制方式方案設(shè)計(jì)

采用單片機(jī)控制器和八段數(shù)碼管。此方案由單片機(jī)處理由電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出的控制及數(shù)據(jù)信號，將數(shù)據(jù)顯示在八段數(shù)碼上，再通過電壓轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生停機(jī)信號。方案示意圖方案特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：成本較低（￥250），外圍電路設(shè)計(jì)較為靈活（可自由使用芯片的引腳，共40個）；程序設(shè)計(jì)自由度大，編程難度小，并且其代碼的可移植性好；缺點(diǎn)：需自主開發(fā)電路板，工作量較大，需增加硬件，處理速度一般（12MHz），穩(wěn)定性一般，但能滿足要求。制表：徐國現(xiàn)時間：2014-08-7（二）方案分析方案三基于ARM的控制方式方案設(shè)計(jì)采用ARM9控制器和3.5寸可觸摸LCD屏。此方案由ARM9處理和電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出控制及數(shù)據(jù)信號，將數(shù)據(jù)顯示在LCD上，再通過電壓轉(zhuǎn)換模塊發(fā)出停機(jī)信號。方案示意圖方案特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：處理速度快（128MHz），人機(jī)接口良好；缺點(diǎn)：硬件設(shè)計(jì)較復(fù)雜(共289個引腳)，程序需要在Linux環(huán)境下編寫，編程難度較大，需增加硬件，穩(wěn)定性一般，成本較高（￥900）。制表：徐國現(xiàn)時間：2014-08-08四、提出方案并確定最佳方案（三）方案比較制表：徐國現(xiàn)時間：2014-08-09采用加權(quán)平均的方法從成本、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性四個方面對這三個方案綜合比較：待選方案基于PLC的控制方式基于單片機(jī)的控制方式基于ARM的控制方式評估成本￥0￥250￥900評價等級：A評價等級：B評價等級：C硬件設(shè)計(jì)采用原設(shè)備處理器和冗余IO，風(fēng)險大芯片引腳共40個，外圍電路設(shè)計(jì)較為靈活硬件設(shè)計(jì)較復(fù)雜，芯片引腳共289個評價等級：E評價等級：B評價等級：D軟件設(shè)計(jì)Step7編程語言不夠靈活，原機(jī)系統(tǒng)增加程序存在風(fēng)險，有一定難度程序設(shè)計(jì)自由度大，并且其代碼的可移植性好，C語言較靈活，編程簡單。在Linux環(huán)境下編寫，編程難度較大評價等級：C評價等級：A評價等級：C穩(wěn)定性極高評價等級：A高評價等級：B高評價等級：B四、提出方案并確定最佳方案加權(quán)后綜合得分統(tǒng)計(jì)表方案基于PLC的控制方式基于單片機(jī)的控制方式基于ARM的控制方式加權(quán)后綜合得分3.54.453.05（四）、選擇方案制表：徐國現(xiàn)時間：2014-05-28四、提出方案并確定最佳方案（五）、最佳方案細(xì)化1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及軟硬件選型軟件基于單片機(jī)的KDF2成型機(jī)濾條檢測裝置編程語言算法設(shè)計(jì)硬件調(diào)機(jī)按鈕單片機(jī)傳感器安裝位置信號選擇四、提出方案并確定最佳方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正常情況下,刀盤轉(zhuǎn)動一周切割出兩只濾棒,因此成品濾棒計(jì)數(shù)脈沖信號S1的頻率F1與車速脈沖信號S2的頻率F2的比值b應(yīng)為2。當(dāng)車速大于1500rpm時判斷為設(shè)備開始運(yùn)轉(zhuǎn)，濾條檢測裝置通過測量b值來判斷濾條是否異常;ⅰ若b=0,判定為纏輥、跑條、纏刀盤等異常情況，并立即發(fā)出停機(jī)命令；ⅱ若b=2，判定為機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)；異常時，八段數(shù)碼管顯示編碼E.（五）最佳方案細(xì)化四、提出方案并確定最佳方案系統(tǒng)圖（五）、最佳方案細(xì)化（2）單片機(jī)選型單片機(jī)STC90C51PIC10AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，代碼移植性好。其突出的特點(diǎn)是體積小，功耗低，精簡指令集，代碼保密性好，但其代碼的移植性較差。速度快，功能強(qiáng)大，種類多。不過，其指令系統(tǒng)不如51精簡，位操作不如51方便。四、提出方案并確定最佳方案（3）信號選擇信號S2成型機(jī)成品濾棒產(chǎn)量檢測器的脈沖信號S1重新安裝5V的反射式紅外檢測信號穩(wěn)定且不用重新安裝信號不穩(wěn)定且不易安裝成型機(jī)車速脈沖信號S2刀盤上軸上重新安裝金屬接近開關(guān)檢測轉(zhuǎn)速信號穩(wěn)定且不用重新安裝需要添加硬件且不易安裝（五）最佳方案細(xì)化信號S1四、提出方案并確定最佳方案（4）傳感器安裝位置傳感器安裝位置安裝在接收鼓輪安裝在分煙輪上通過試驗(yàn)，延時為2s通過試驗(yàn)，延時為0.2s，反應(yīng)更加靈敏，發(fā)出停機(jī)信號更加及時。（五）最佳方案細(xì)化四、提出方案并確定最佳方案（5）調(diào)機(jī)按鈕選擇調(diào)機(jī)按鈕重新安裝調(diào)機(jī)按鈕采用KDF2控制面板上“吹氣\清潔”信號采用KDF2控制面板上“吹氣\清潔”開關(guān)的信號+硬件不易安裝在單片機(jī)中添加相應(yīng)的程序片段實(shí)現(xiàn)調(diào)機(jī)功能我們需要將復(fù)位信號與單片機(jī)上的復(fù)位按鈕相連，而將整個單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位，長期下來會損傷系統(tǒng)的硬件；（五）最佳方案細(xì)化四、提出方案并確定最佳方案（6）編程語言選型編程語言匯編語言Java語言C語言直接對硬件操作，編程難度大，難以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有編程人員不熟悉，是一門高級語言，需要從零開始小組人員對該語言熟悉，可移植性好，代碼量少，實(shí)現(xiàn)容易。（五）、最佳方案細(xì)化四、提出方案并確定最佳方案制圖：徐國現(xiàn)時間：2014-08-16開始初始化并載入?yún)?shù)車速達(dá)到設(shè)定值測量F1與F2之比b值等于1輸出錯誤編碼并停機(jī)是否否是（五）、最佳方案細(xì)化（7）算法設(shè)計(jì)四、提出方案并確定最佳方案（五）、最佳方案細(xì)化2.綜合優(yōu)選方案四、提出方案并確定最佳方案軟件硬件基于單片機(jī)的KDF2成型機(jī)濾條檢測裝置編程語言調(diào)機(jī)按鈕單片機(jī)傳感器算法設(shè)計(jì)安裝位置信號選擇STC89C52“吹氣\清潔”開關(guān)+軟件產(chǎn)量計(jì)數(shù)脈沖信號S1與車速脈沖S2分煙輪上C語言見程序流程圖通過以上整體方案和各項(xiàng)具體方案的比較分析，小組確定了研制基于單片機(jī)的KDF2濾條異常檢測裝置的詳細(xì)方案如下：系統(tǒng)設(shè)計(jì)見系統(tǒng)圖五、制定對策方案對策目標(biāo)措施時間地點(diǎn)負(fù)責(zé)人基于單片機(jī)的KDF2成型機(jī)濾條檢測裝置1.硬件準(zhǔn)備各關(guān)鍵焊點(diǎn)電阻小于3Ω。1、應(yīng)用MicrosoftVisio繪制電路原理系統(tǒng)圖；2、應(yīng)用AltiumDesigner繪制原理圖與PCB，將PCB發(fā)往深圳加工；3、將加工好的硬件焊接、組裝，用萬用表測量各焊點(diǎn)電阻2014.8.16前完成成型車間趙安2.按方案編寫程序完成裝置的軟件設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)上調(diào)試通過，穩(wěn)定運(yùn)行超過24小時1、應(yīng)用MicrosoftVisio繪制軟件流程圖；2、應(yīng)用KeilC51編寫裝置的程序，并生成.hex文件。2014.9.1前完成成型車間徐國現(xiàn)3.按方案將硬件與軟件整合將程序正確的燒錄進(jìn)單片機(jī)中，成功運(yùn)行。1、應(yīng)用USBTORS232數(shù)據(jù)線將裝置與計(jì)算機(jī)相連；2、應(yīng)用STC-ISP將.hex燒錄進(jìn)單片機(jī)中。2014.9.6前完成成型車間徐國現(xiàn)4.安裝調(diào)試，裝置的參數(shù)設(shè)置、顯示和停機(jī)功能正常，實(shí)現(xiàn)跑條異常檢測正確率達(dá)100%。1、將單片機(jī)系統(tǒng)、顯示模塊裝置安裝在成型機(jī)上；2、測試裝置的參數(shù)設(shè)置、顯示和停機(jī)功能。2014.9.27前完成成型車間趙安張學(xué)穩(wěn)曹德敏制表：趙安時間：2014-08-13五、制定對策制圖：徐國現(xiàn)時間：2014-07-01小組繪制了方案流程圖：六、對策實(shí)施（一）、設(shè)計(jì)電路圖1、繪制系統(tǒng)原理圖制圖：趙安時間：2014-08-14六、對策實(shí)施（一）、設(shè)計(jì)電路圖2、按電路原理圖將各硬件接口焊接、組裝經(jīng)用萬用表測試各焊點(diǎn)的電阻均小于3Ω，目標(biāo)完成。六、對策實(shí)施（二）編寫程序1、應(yīng)用KeilC51編寫裝置的程序，并生成.hex二進(jìn)制文件對策目標(biāo)完成采用軟件復(fù)位方式，添加的程序片段在proteus仿真軟件中仿真運(yùn)行24小時以上無異常六、對策實(shí)施（二）編寫程序PC與單片機(jī)數(shù)據(jù)通訊示意圖STC-ISP（STC官方燒錄工具)燒錄界面燒錄成功提示信息對策目標(biāo)完成2、將硬件與軟件整合開機(jī)后讓裝置運(yùn)行了48h，沒有發(fā)生死機(jī)、無故終止、且功能正常。Page

35六、對策實(shí)施（三）、安裝調(diào)試1、小組成員通過查閱《KDF2成型機(jī)電氣原理圖冊》找到成品濾棒計(jì)數(shù)脈沖信號、車速脈沖信號、吹氣/清潔信號和停機(jī)信號（如上圖所示），并與實(shí)物對照。六、對策實(shí)施（三）、安裝調(diào)試2、按電路原理圖，完成檢測裝置與成型機(jī)的電氣連接成品濾棒計(jì)數(shù)信號車速脈沖信號比值b鍵盤六、對策實(shí)施

3、安裝完成后，車間對裝置的各項(xiàng)功能（參數(shù)設(shè)置、顯示和停機(jī)）進(jìn)行了測試，測試通過后同意上機(jī)使用，經(jīng)過觀察一段時間，實(shí)現(xiàn)跑條異常檢測正確率達(dá)100%，對策目標(biāo)完成。視頻演示七、效果確認(rèn)

（一）目標(biāo)完成情況

小組于2014年9-11月統(tǒng)計(jì)了3號KDF2成型機(jī)發(fā)生跑條和絲束纏輥時檢測失效的次數(shù)，并與安裝前做了對比，如下表所示：制表；呂佳時間：2014-12-03由表中看出，發(fā)生濾條檢測失效的次數(shù)由原來的二十多次降低至1.33次/月，實(shí)現(xiàn)了對濾條的有效檢測，達(dá)到了活動目標(biāo)要求。結(jié)論：小組完成了活動