1. 课题背景

目前，包装机由于自身原因， 会有几率出现以下几种内衬纸和内卡纸包装不到位的情况 ：烟包内框纸丢失，及内框纸过大的偏移 ；烟包上部（翻盖）的无接拉片，及顶部的铝箔纸未折叠到位 ；烟包下部的铝箔内衬纸的过大折皱、及破损； 下部铝箔纸未折叠到位。当包装工序其中 一步出现问题时就有可能出现不合格产品， 对设备性能不影响的缺陷比如内框纸或拉 片缺失等情况，不合格产品进入下一道工 序从而产生坏烟包并流入成品烟中。对设 备性能有很大影响的缺陷比如内衬纸折皱、内框纸歪斜等情况，轻则使设备机械错位， 重则造成机械零部件损坏，造成经济损失。

设计本系统就是为了解决以上问题。通过系统检测出问题烟包，并将其在六号 轮剔除部位剔除，减少进入下一工序的几 率。本项目充分考虑自动剔除过程中的影 响因素，运用控制理论，构建工艺模型， 最终完成本系统的设计。

2. 系统设计
   1. 设计原则

在最大限度地满足被控对象控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、安全可靠 ；并考虑到今后生产的发展和工艺的改进，适当留有余地。

1. 2. 工作原理设计

本系统将原来线性的工作模式转变成一种自动检测控制的闭环控制。利用成像装置对某个固定进行成像检测，当检测到坏烟包时，通过控制器将控制信号发送到主机电控柜六号轮剔除电磁阀，利用原机械剔除工序进行剔除坏烟包动作。

1. 3. 项目设计中的难点

本项目设计的主要难点在于：

1. 硬件的选型

需要根据经济性、维护性能原则选择所需要的硬件，并根据各硬件功率选择相应的电源及配件。成像检测器选择基恩士的 cv701，控制器选择西门子 s7-200 系列的CPU222。其他输入输出硬件根据原理模型确定所需检测器和输出设备不做主要介绍。

2. 触发信号的选择

根据设计，触发信号是一个同步脉冲， 当触发检测器触发信号时，摄像头进行成 像。要保证成像检测的稳定性，必须达到 一个成像位置相对稳定的效果。从而在人 机界面上设置的图像参数才能有效地检测。

但是 GDX2 机器内部非常复杂，运动部件很多，可利用空间小，还要考虑布线 问题，因此触发信号选择的难度很大。经 过多方考虑，最终选择五号轮顶部完成盒 皮下压动作的运动杆作为信号的采集处。该运动杆运动轨迹为扇形。

该运动杆在最底部和最顶部时，无法成像到烟包内部内衬纸的图像。因此将触 发信号设计到运动杆运动轨迹的中间部分。具体设计要求 ：为避免检测器在运动杆中间轨迹部分成像两次，当运动杆向上运动 道一定高度时，触发检测信号，但是杆在 继续向上运动直到顶部，触发检测器一直 未脱离开运动杆的检测 ；当运动杆向下运动直到脱开检测，直到下次运行到检测器位置时触发检测。从而实现了触发脉冲信号的检测。

3. 摄像头位置的确定

由于原设备机械实现复杂以及安装位置的局限性，摄像头位置及方向不好确定， 要考虑以下影响因素 ：成像面积、触发信号时推杆等运动部件对成像效果的影响； 还有活动部件的运动轨迹对摄像头的损害； 以及盒皮在运动过程中对摄像头镜头的污 染程度。

4. 光源选择

设备一般运行 6-15 天休息一次，因此光源选择上必须考虑长时间运行可靠性。根据现在市场上光源使用的情况对比，日光灯照度低，而led 光源发热量太大。因此设计光源为“led+ 散热片”的方式。

5. 程序设计

五好轮成像位置到六号轮剔除位置需要五步，从五号轮到六号轮会有好烟包也会有坏烟包，因此采用记忆的设计原理， 使在五号轮成像检测到的坏烟包和好烟包 进行记忆，直到六号轮时将坏烟包剔除。

由于摄像头镜头容易脏，加入了摄像头镜头清吹程序，通过程序设计清吹间隔和时间，达到自动清吹的目的。

6. 其他功能的设计

本项目需要对控制功能进行具体的需求分析，确保安全的条件下实现所需要的各种功能，以及对系统安全防护的设计。比如：

①烟包实时情况成像在人机界面，在人机界面上设定并选取图像上的某个部位作为采样点，并设定色差范围。不在设定范围的将通过六号轮剔除。②摄像头自动清理功能，根据程序设定时间每隔十五分钟时间进行一秒的清吹。③出现坏烟包时报警灯提醒，连续出现五包时做停机处理。

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