國(guó)產(chǎn)化超高速卷接機(jī)組電控系統(tǒng)研究

劉斌

（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南常德 415000）

國(guó)產(chǎn)化超高速卷接機(jī)組電控系統(tǒng)研究

劉斌

（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南常德 415000）

開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超高速卷接機(jī)組是國(guó)家煙草專賣局超高速卷接包機(jī)組重大專項(xiàng)工作的要求。近年來，常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司采用嵌入式IPC取代傳統(tǒng)的“PLC+高速處理板卡”，并將其應(yīng)用到超高速卷接機(jī)組電控系統(tǒng)中，解決了原有多平臺(tái)穩(wěn)定性差的問題。新電控系統(tǒng)將PLC邏輯控制與高速信號(hào)處理算法集成于同一平臺(tái)，通過Ethernet總線控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)外圍子站的組態(tài)。本文將對(duì)該電控系統(tǒng)進(jìn)行闡述。

超高速卷接機(jī)組；嵌入式IPC；電控系統(tǒng)；國(guó)產(chǎn)化

1 國(guó)內(nèi)外超高速卷接機(jī)組的發(fā)展現(xiàn)狀

開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超高速卷接機(jī)組是國(guó)家煙草專賣局超高速卷接包機(jī)組重大專項(xiàng)工作的要求［1］。超高速卷接機(jī)組是適應(yīng)大企業(yè)、大品牌發(fā)展對(duì)技術(shù)裝備的客觀需要。目前，超高速卷接機(jī)組市場(chǎng)率占領(lǐng)比較高的有德國(guó)HAUNI與意大利G.D兩家公司，這兩公司從事煙草機(jī)械的開發(fā)和制造已有多年，在超高速卷接技術(shù)上各有所長(zhǎng)。代表產(chǎn)品有HAUNI公司的PROTOS2-2（生產(chǎn)速度為16 000支/min）、M5（生產(chǎn)速度為12 000支/min）、M8（生產(chǎn)速度為20 000支/min）以及G.D公司GD121+/AF18（生產(chǎn)速度為16 000支/min）、GD121++/AF20S（生產(chǎn)速度為20 000支/min）。

國(guó)內(nèi)對(duì)于卷煙機(jī)的研究起步雖然較晚，但是發(fā)展迅速，通過引進(jìn)技術(shù)消化吸收和自主開發(fā)相結(jié)合的方式，自20世紀(jì)90年代引進(jìn)德國(guó)HAUNI公司的PROTOS70（生產(chǎn)速度為7 000支/min）以來，先后已生產(chǎn)出了ZJ17（生產(chǎn)速度為7 000支/min）、ZJ112（生產(chǎn)速度為10 000支/min）、ZJ116（生產(chǎn)速度為16 000支/min）等型號(hào)卷接機(jī)組。尤其是最近幾年來，常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ZJ118（生產(chǎn)速度為8 000支/min）和ZJ116A（生產(chǎn)速度為14 000支/min）2種機(jī)型，并開始了批量化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了卷煙機(jī)的國(guó)產(chǎn)化。

2 國(guó)產(chǎn)化超高速卷接機(jī)組電控系統(tǒng)架構(gòu)

國(guó)產(chǎn)化的超高速卷接機(jī)組電控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。為保證系統(tǒng)兼容性采用了2路總線，即Profibus-DP總線和EtherCAT總線，其中伺服驅(qū)動(dòng)器、卷煙機(jī)DP子站和接裝機(jī)DP子站通過PROFIBUS-DP總線與IPC進(jìn)行通訊，SES（傳感器服務(wù)器）、ODIM（光電式煙條直徑檢測(cè)系統(tǒng)）、ORIS、HID、LEO及超采樣I/O通過EtherCAT與IPC進(jìn)行通訊，而IPC作為電控系統(tǒng)的統(tǒng)一控制平臺(tái)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理工作。管理層和交互層的通訊網(wǎng)絡(luò)均為以太網(wǎng)。

圖1 國(guó)產(chǎn)化超高速卷接機(jī)組電控系統(tǒng)架構(gòu)

3 主要器件選型

①作為整個(gè)電控系統(tǒng)大腦的IPC采用德國(guó)BECKHOFF公司的第二代嵌入式控制器CX2030，其處理器為第二代Intel?CoreTM i7@1.5GHz雙核處理器，完成整機(jī)邏輯動(dòng)作控制和各檢測(cè)單元的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及相關(guān)圖表等［2］。

②DP子站：分布式I/O參照ZJ116的WAGO和FESTO閥島的選型設(shè)計(jì)［3］，操作面板參照ZJ116的操作模式及選型設(shè)計(jì)，基于Profibus-DP總線的LENZE變頻器控制的各電機(jī)的控制方式參照ZJ116的選型設(shè)計(jì)。

③伺服系統(tǒng)參照ZJ116的AMK伺服系統(tǒng)。

④MAX軸編碼器選型參照ZJ116，其編碼器信號(hào)接入IPC中的軸編模塊，然后通過軸編模塊產(chǎn)生的DCP與DCP40信號(hào)，接入HID與LEO中進(jìn)行信號(hào)的同步。

⑤人機(jī)交互系統(tǒng)以以太網(wǎng)為物理鏈路媒介，通過TCP/IP協(xié)議與用戶生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通訊，通過TWINCAT ADS與主控制器（IPC）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

⑥SES、ODIM、ORIS、HID、LEO等均采用本公司最新研發(fā)的檢測(cè)系統(tǒng)。

4 軟件架構(gòu)

將所有相關(guān)控制算法全都集成到嵌入式IPC統(tǒng)一平臺(tái)上的超高速卷接機(jī)組電控系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)［4］。一是任務(wù)嚴(yán)格按照時(shí)間劃分。圖2為該電控系統(tǒng)軟件架構(gòu)，按任務(wù)周期分為100、10、4、1ms任務(wù)，其中100ms任務(wù)包括設(shè)定高速閥點(diǎn)火時(shí)間及更新MLP消息狀態(tài)，10ms任務(wù)包括更新系統(tǒng)參數(shù)、初始化高速信號(hào)、處理常規(guī)邏輯、診斷DP總線故障及停機(jī)處理等，1ms任務(wù)處理檢測(cè)系統(tǒng)DCP80信號(hào)發(fā)生器及DCP相關(guān)傳感器信號(hào)更新、處理、輸出等任務(wù)。二是高速信號(hào)DCP同步處理。三是煙支檢測(cè)系統(tǒng)接口模塊化。

圖2 產(chǎn)化超高速卷接機(jī)組電控系統(tǒng)軟件架構(gòu)

5 結(jié)語

基于嵌入式IPC的超高速卷接機(jī)組電控系統(tǒng)經(jīng)過幾年來的測(cè)試在穩(wěn)定性及生產(chǎn)效率方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，這將為超高速卷接機(jī)組的進(jìn)一步國(guó)產(chǎn)化提供借鑒。

［1］國(guó)家煙草專賣局.煙草行業(yè)中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）［EB/OL］.（2006-07-31）［2017-03-06］.http:// www.tobacco.gov.cn/html/21/2106/210601/21060103/2106010306/ 68840_n.html.

［2］劉斌.嵌入式IPC在超高速卷煙機(jī)上的應(yīng)用［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2016（5）：186-187.

［3］常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司.ZJ116卷接機(jī)組HID檢測(cè)系統(tǒng)使用說明書［EB/OL］.（2011-10-31）［2017-03-06］.2011. http://www.doc88.com/p-0873297477880.html.

［4］王暉.基于嵌入式IPC的卷煙機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（2）：91-94.

Research On the Localized Electronic Control System Applied in the Super-Speed Cigarette Machine

Liu Bin
（Changde Tobacco Machinery Co.,Ltd.，Changde Hunan 415000）

Designing the super-speed cigarette machine with proprietary intellectual property rights is the goal of the Major Super-Speed Cigarette Machine Project of the State Tobacco Monopoly Administration.In recent years,the embedded IPC is applied to the electronic control system instead of the combination of PLC and high speed processing board of Changde tobacco machinery Co.,Ltd.The unstable problem is solved by the new design.The logical control function of PLC and the high speed processing algorithm are integrated into the one unit in the newly designed electronic control system.The peripheral subsystems are controlled through the Ethernet bus.The electronic control system was illustrated in this paper.

Super-speed cigarette machine；embedded IPC；electronic control system；localization

TS43

A

1003-5168（2017）04-0112-02

2017-03-16

劉斌（1987-），男，碩士，研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)。