AMK伺服驅動技術在M5卷煙機上的應用

摘 要：德國HAUNY公司生產的PROTOS-M5卷煙機組的電控系統采用了以新一代的工業嵌入式PC為核心的自動控制系統，以AMK伺服驅動技術搭建的伺服驅動系統，通過目前工業上主流的總線和工業以太網聯接，構成一套適應高速生產和在線檢測要求的新一代卷煙生產設備， 是現代先進控制理論和控制技術的典型應用，代表著未來自動控制技術的發展方向。

關鍵詞：AMK伺服驅動技術；PROTOS-M5卷煙機組；工業控制總線；控制網絡

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.220

德國HAUNY公司生產的PROTOS-M5卷煙機機組（以下簡稱M5）為新一代卷煙生產設備，每班煙支產量高達500萬支，生產速度達12000支每分鐘。電控系統采用了以新一代的工業嵌入式PC為核心的自動控制系統，以AMK伺服驅動技術搭建的伺服驅動系統，通過目前工業上主流的總線和工業以太網聯接，構成一套適應高速生產和在線檢測要求的新一代卷煙生產設備。

1 M5卷煙機的電控網絡

M5卷煙機組以倍福（beckhoff）控制器為核心，采用了新一代工業控制技術，內部網絡由TCP/IP以太網、PROFIBUS-DP、CAN-BUS、AMK的ACC-BUS組成，如圖1為整機接口圖和總線概覽。

TCP/IP以太網主要負責人機界面和倍福控制器的通訊、人機界面和外圍信息網的通訊以及倍福控制器之間的通訊。

PROFIBUS-DP（PB-DP）現場總線是整機設備的控制網絡，負責控制指令的傳輸和現場1/0 狀態的采集。

MIDAS（重量控制）、OTIS（煙支外觀檢測）、LES（煙支空頭）、SES（傳感器）等之間通過CAN-BUS通訊。

AMK的ACC-BUS是每個AMK伺服控制器內部的同步總線。

AMK的SYNC-BUS是每個AMK伺服控制器組之間的同步總線。

2 M5卷煙機組的伺服驅動網絡

M5卷煙機組相比以往機型最大的變化之一就是引入了獨立驅動的概念，將劈刀盤，煙槍布帶、煙支切割刀盤、蜘蛛手和接煙輪、供紙輥、以及接裝機部分主傳動等將原來齒輪傳動改為由AMK電機獨立驅動，簡化了機械結構、降低了機器噪音、簡化了部分潤滑系統的設計，另外，當煙支品牌和規格發生變化時以及原來的某些傳統的機械調整，均可通過修改相應的電氣參數來實現。其中供絲部分有10臺伺服器驅動14臺伺服電機（KWD模塊可驅動兩臺電機），卷煙部分有15臺伺服器驅動24臺伺服電機，接裝部分有36臺伺服器驅動55臺伺服電機。這些伺服驅動所采用的控制單元為模塊化的AMKASYN KE/KW系列單元（系緊湊型驅動系統），包括電源模塊KE和驅動模塊KW系列。結合最新的計算機技術和最先進的功率半導體器件以及智能強大的控制概念，伺服控制系統可以對電機實現精確的力矩控制，對其速度和位置控制可直接實現數字控制，具有穩定性好，控制精度高，快速響應好等優點。AMK緊湊型驅動系統示意圖如圖2。M5卷煙機組伺服控制示意圖如圖3。

在M5卷煙機組伺服控制示意圖圖3中，KE模塊產生直流電，通過直流母線（DC-BUS）為同一支架的模塊供電，最多可帶32個伺服電機。KW模塊控制一個電機，KWD模塊控制兩個電機，后面跟的數據為電機容量，KWD不能做ACC主站。模塊上插的卡要根據控制的電機不同，不同的通信選用不同的選項卡。ACC總線為同一個支架的內部總線，通信速度1MS。SYNC總線為不同支架的同步信號，通信速度1MS，PROFIBUS速度為4MS。

2.1 AMK SYNC總線

利用KW-PLC1/2選項卡，可作為CAN主站或CAN從站連接到CAN總線網絡。安裝有KW-PLC1/2選項卡的驅動系統既可用作CAN網絡中的集中式或分散式智能站點。

為滿足驅動技術領域的需求，AMK的CAN接口不僅提供標準的CAN數據通道，還有同步時鐘信號作為補充。這就是SYNC總線（即同步總線）。利用同步總線AMK SYNC，不同的AMK總線站點的內部處理周期就可以彼此進行同步。在CAN網絡中，KW-PLC1/2將分散式的執行各種任務的單軸驅動器組成網絡，這個網絡提供實時的數據傳輸，比如同步設置的值和對應電機當前的實際值。

此功能保證整個卷煙機組80多臺伺服電機同步運轉，實現電子齒輪功能，順利實現柔性化生產與降低設備重量與有色金屬消耗。

2.2 AMK的ACC總線

所有ACC總線上連接的用戶是通過ACC總線與主站時鐘進行同步（時鐘=1MS）。這樣就有可能同步地操作或處理不同的電機，更進一步可能，ACC總線主站可以通過一個點與網絡中的所有ACC總線從站通信（比如參數化，診斷，循環設定值和命令）。系統通過連接器X136 和X137 （KW）或者通過X236和X237 （KE）實現聯網。

在此處采用符合IEEE1394標準的通訊線纜，連接時為交叉連接，連接器X136到X137內部也是彼此交叉連接，在ACC總線兩端要加終端電阻。接線示意如圖4所示。

3 M5卷煙機組對AMK伺服驅動器的狀態診斷

AMK伺服控制系統的驅動裝置的狀態通過PROFIBUS網絡傳輸到倍福控制器中，部分驅動裝置的狀態直接在圖文顯示系統VISU中顯示，如圖5驅動裝置故障信息。通過VISU報告“診斷＼服務幫助＼驅動裝置”中可以查看故障的驅動裝置的信息。圖5中各信息的含義如圖6。

4 AMK伺服控制器對高速信號的處理

M5卷煙機上的AMK伺服器除對伺服電機進行驅動處，還直接對高速傳感器信號進行就近處理，KW模塊加裝KW-E/A選項卡，可連接多個高速數字量信號。AMK伺服器ACC總線的時鐘為1MS，故每1MS采集一次外部信號，故只要檢測器輸出脈沖大于1MS，伺服器就能夠及時響應。在圖7中，接裝機煙條切刀伺服器A342M除驅動電機M342M外還對附近濾嘴進給輥上的B42M濾嘴監測、B14M前道煙條監測、B15M后道煙條監測三個高速光電信號進行處理，處理結果通過ACC總線送到同支架的濾嘴切割輥伺服器A346M上進行缺嘴靠攏高速閥Y4M動作，并通過PROFIBUS總線送到上位倍福IPC進行數據統計與狀態監控。

5 結語

M5卷煙機的AMK伺服控制器作為全數字交流伺服控制器，不僅能夠控制伺服電機在4象限內精確運行，具有極高的動態響應性，還可以通過ACC、SYNC、PROFIBUS-DP等總線組成網絡，實現更高級別的控制。以工業嵌入式PC為控制計算核心、以AMK伺服器為驅動系統組成的PROTOS-M5卷煙機的電控系統，是現代先進控制理論和控制技術的典型應用，代表著未來自動控制技術的發展方向。

作者簡介：周雪軍（1972-），男，本科，工程師，研究方向：煙機設備維修改進研究。