KDF2成型機濾條檢測裝置(終稿)

KDF2成型機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是由于跑條造成的。對于KDF2成型機，現(xiàn)有的濾條檢測手段存在缺陷，會造成大量的絲束浪費；另外，當絲束纏輥時，若因檢測失效不能及時停機，將導致開松輥“抱死”，對伺服系統(tǒng)造成極大損傷。為了保障設備安全、降低輔料消耗和減少勞動強度，小組開展創(chuàng)新型課題QC活動，研制更加有效的KDF2成型機濾條檢測裝置。小組成員名單姓名學歷職務組內(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)徐克敏本科車間設備員負責質(zhì)量診斷張學穩(wěn)大專生產(chǎn)二班班長技術咨詢陳忠祥大專生產(chǎn)三班電工技術咨詢卯世芳大專生產(chǎn)一班機修工技術咨詢曹德敏大專生產(chǎn)二班機修工調(diào)試安裝徐國現(xiàn)本科成型機操作工程序編寫、調(diào)試安裝呂佳本科成型機操作工資料編寫、成果發(fā)布趙安本科成型機操作工制作圖表、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成型機在運行過程中發(fā)生跑條時，會出現(xiàn)機器仍在高速運轉(zhuǎn)的情況，造成了大量的輔料浪費。2、當發(fā)生絲束纏輥時，也會有機器仍能高速運行的情況，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，增加了勞動強度。（二）問題分析1、當發(fā)生跑條和絲束纏輥時，機器為什么仍在高速運行呢？現(xiàn)有的濾條檢測手段缺陷分析：2、小組統(tǒng)計了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)計情況計如下所示表：

結(jié)論：原有的檢測裝置容易失效，不能滿足生產(chǎn)需要。日期機臺號浪費原因浪費絲束（Kg）浪費成型紙（米）5月5日1號機跑條1.2420.675月5日4號機跑條0.8414.005月5日2號機絲束纏輥0.7813.005月6日2號機跑條2.5342.195月6日3號機跑條1.6928.175月7日1號機跑條2.4641.015月7日1號機絲束纏輥0.7212.025月7日4號機跑條1.7629.335月8日1號機跑條1.4223.685月8日2號機跑條4.9382.175月8日3號機絲束纏輥0.538.835月8日4號機跑條3.8564.165月9日2號機絲束纏輥1.0217.005月9日3號機跑條2.9749.505月9日3號機跑條1.4323.835月9日4號機跑條0.7813.015月9日1號機絲束纏輥1.0717.845月10日2號機跑條0.9716.165月10日3號機跑條2.5943.175月10日4號機絲束纏輥1.1519.185月10日4號機跑條5．0683.64平均值1.9431.55小組還統(tǒng)計了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：因濾條檢測失效造成的浪費嚴重。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成型機新型濾條檢測裝置的研制”三、設定目標

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

根據(jù)問題分析中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，小組針對4臺KDF2成型機在2014年4-6月發(fā)生濾條檢測失效次數(shù)制作了散點圖。從表中清晰反映出，二號機在5月份發(fā)生濾條檢測失效的次數(shù)為8次。預期目標是合理的，通過小組的努力可以實現(xiàn)目標制圖：徐國現(xiàn)時間:2014年8月1日結(jié)合目標設定要求，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的控制方式方案設計采用原機的西門子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)生停機信號。方案示意圖方案特點優(yōu)點：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：在原機控制系統(tǒng)中增加程序風險大，程序設計有難度，處理速度一般（高速計數(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的控制方式方案設計

采用單片機控制器和八段數(shù)碼管。此方案由單片機處理由電壓轉(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)生停機信號。方案示意圖方案特點優(yōu)點：成本較低（￥250），外圍電路設計較為靈活（可自由使用芯片的引腳，共40個）；程序設計自由度大，編程難度小，并且其代碼的可移植性好；缺點：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的控制方式方案設計采用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)出停機信號。方案示意圖方案特點優(yōu)點：處理速度快（128MHz），人機接口良好；缺點：硬件設計較復雜(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采用加權平均的方法從成本、硬件設計、軟件設計、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硬件設計采用原設備處理器和冗余IO，風險大芯片引腳共40個，外圍電路設計較為靈活硬件設計較復雜，芯片引腳共289個評價等級：E評價等級：B評價等級：D軟件設計Step7編程語言不夠靈活，原機系統(tǒng)增加程序存在風險，有一定難度程序設計自由度大，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后綜合得分統(tǒng)計表方案基于PLC的控制方式基于單片機的控制方式基于ARM的控制方式加權后綜合得分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）、最佳方案細化1、系統(tǒng)設計及軟硬件選型軟件基于單片機的KDF2成型機濾條檢測裝置編程語言算法設計硬件調(diào)機按鈕單片機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)設計（1）系統(tǒng)的設計正常情況下,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應為2。當車速大于1500rpm時判斷為設備開始運轉(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)出停機命令；ⅱ若b=2，判定為機器正常運轉(zhuǎn)；異常時，八段數(shù)碼管顯示編碼E.（五）最佳方案細化四、提出方案并確定最佳方案系統(tǒng)圖（五）、最佳方案細化（2）單片機選型單片機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車速脈沖信號S2刀盤上軸上重新安裝金屬接近開關檢測轉(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，延時為2s通過試驗，延時為0.2s，反應更加靈敏，發(fā)出停機信號更加及時。（五）最佳方案細化四、提出方案并確定最佳方案（5）調(diào)機按鈕選擇調(diào)機按鈕重新安裝調(diào)機按鈕采用KDF2控制面板上“吹氣\清潔”信號采用KDF2控制面板上“吹氣\清潔”開關的信號+硬件不易安裝在單片機中添加相應的程序片段實現(xiàn)調(diào)機功能我們需要將復位信號與單片機上的復位按鈕相連，而將整個單片機系統(tǒng)復位，長期下來會損傷系統(tǒng)的硬件；（五）最佳方案細化四、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，難以實現(xiàn)。現(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，實現(xiàn)容易。（五）、最佳方案細化四、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)車速達到設定值測量F1與F2之比b值等于1輸出錯誤編碼并停機是否否是（五）、最佳方案細化（7）算法設計四、提出方案并確定最佳方案（五）、最佳方案細化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的KDF2成型機濾條檢測裝置編程語言調(diào)機按鈕單片機傳感器算法設計安裝位置信號選擇STC89C52“吹氣\清潔”開關+軟件產(chǎn)量計數(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具體方案的比較分析，小組確定了研制基于單片機的KDF2濾條異常檢測裝置的詳細方案如下：系統(tǒng)設計見系統(tǒng)圖五、制定對策方案對策目標措施時間地點負責人基于單片機的KDF2成型機濾條檢測裝置1.硬件準備各關鍵焊點電阻小于3Ω。1、應用MicrosoftVisio繪制電路原理系統(tǒng)圖；2、應用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計，在計算機上調(diào)試通過，穩(wěn)定運行超過24小時1、應用MicrosoftVisio繪制軟件流程圖；2、應用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單片機中，成功運行。1、應用USBTORS232數(shù)據(jù)線將裝置與計算機相連；2、應用STC-ISP將.hex燒錄進單片機中。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)設置、顯示和停機功能正常，實現(xiàn)跑條異常檢測正確率達100%。1、將單片機系統(tǒng)、顯示模塊裝置安裝在成型機上；2、測試裝置的參數(shù)設置、顯示和停機功能。2014.9.27前完成成型車間趙安張學穩(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、對策實施（一）、設計電路圖1、繪制系統(tǒng)原理圖制圖：趙安時間：2014-08-14六、對策實施（一）、設計電路圖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的電阻均小于3Ω，目標完成。六、對策實施（二）編寫程序1、應用KeilC51編寫裝置的程序，并生成.hex二進制文件對策目標完成采用軟件復位方式，添加的程序片段在proteus仿真軟件中仿真運行24小時以上無異常六、對策實施（二）編寫程序PC與單片機數(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完成2、將硬件與軟件整合開機后讓裝置運行了48h，沒有發(fā)生死機、無故終止、且功能正常。Page

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

3、安裝完成后，車間對裝置的各項功能（參數(shù)設置、顯示和停機）進行了測試，測試通過后同意上機使用，經(jīng)過觀察一段時間，實現(xiàn)跑條異常檢測正確率達100%，對策目標完成。視頻演示七、效果確認

（一）目標完成情況

小組于2014年9-11月統(tǒng)計了3號KDF2成型機發(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，實現(xiàn)了對濾條的有效檢測，達到了活動目標要求。結(jié)論：小組完成了活動