國產化超高速卷接機組電控系統研究

劉斌

（常德煙草機械有限責任公司，湖南常德 415000）

國產化超高速卷接機組電控系統研究

劉斌

（常德煙草機械有限責任公司，湖南常德 415000）

開發具有自主知識產權的超高速卷接機組是國家煙草專賣局超高速卷接包機組重大專項工作的要求。近年來，常德煙草機械有限責任公司采用嵌入式IPC取代傳統的“PLC+高速處理板卡”，并將其應用到超高速卷接機組電控系統中，解決了原有多平臺穩定性差的問題。新電控系統將PLC邏輯控制與高速信號處理算法集成于同一平臺，通過Ethernet總線控制技術實現外圍子站的組態。本文將對該電控系統進行闡述。

超高速卷接機組；嵌入式IPC；電控系統；國產化

1 國內外超高速卷接機組的發展現狀

開發具有自主知識產權的超高速卷接機組是國家煙草專賣局超高速卷接包機組重大專項工作的要求［1］。超高速卷接機組是適應大企業、大品牌發展對技術裝備的客觀需要。目前，超高速卷接機組市場率占領比較高的有德國HAUNI與意大利G.D兩家公司，這兩公司從事煙草機械的開發和制造已有多年，在超高速卷接技術上各有所長。代表產品有HAUNI公司的PROTOS2-2（生產速度為16 000支/min）、M5（生產速度為12 000支/min）、M8（生產速度為20 000支/min）以及G.D公司GD121+/AF18（生產速度為16 000支/min）、GD121++/AF20S（生產速度為20 000支/min）。

國內對于卷煙機的研究起步雖然較晚，但是發展迅速，通過引進技術消化吸收和自主開發相結合的方式，自20世紀90年代引進德國HAUNI公司的PROTOS70（生產速度為7 000支/min）以來，先后已生產出了ZJ17（生產速度為7 000支/min）、ZJ112（生產速度為10 000支/min）、ZJ116（生產速度為16 000支/min）等型號卷接機組。尤其是最近幾年來，常德煙草機械有限責任公司研發出具有自主知識產權的ZJ118（生產速度為8 000支/min）和ZJ116A（生產速度為14 000支/min）2種機型，并開始了批量化生產，實現了卷煙機的國產化。

2 國產化超高速卷接機組電控系統架構

國產化的超高速卷接機組電控系統架構如圖1所示。為保證系統兼容性采用了2路總線，即Profibus-DP總線和EtherCAT總線，其中伺服驅動器、卷煙機DP子站和接裝機DP子站通過PROFIBUS-DP總線與IPC進行通訊，SES（傳感器服務器）、ODIM（光電式煙條直徑檢測系統）、ORIS、HID、LEO及超采樣I/O通過EtherCAT與IPC進行通訊，而IPC作為電控系統的統一控制平臺負責整個系統的數據處理工作。管理層和交互層的通訊網絡均為以太網。

圖1 國產化超高速卷接機組電控系統架構

3 主要器件選型

①作為整個電控系統大腦的IPC采用德國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，完成整機邏輯動作控制和各檢測單元的數據統計及相關圖表等［2］。

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

③伺服系統參照ZJ116的AMK伺服系統。

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

⑤人機交互系統以以太網為物理鏈路媒介，通過TCP/IP協議與用戶生產數據采集系統通訊，通過TWINCAT ADS與主控制器（IPC）進行數據交換。

⑥SES、ODIM、ORIS、HID、LEO等均采用本公司最新研發的檢測系統。

4 軟件架構

將所有相關控制算法全都集成到嵌入式IPC統一平臺上的超高速卷接機組電控系統具備以下特點［4］。一是任務嚴格按照時間劃分。圖2為該電控系統軟件架構，按任務周期分為100、10、4、1ms任務，其中100ms任務包括設定高速閥點火時間及更新MLP消息狀態，10ms任務包括更新系統參數、初始化高速信號、處理常規邏輯、診斷DP總線故障及停機處理等，1ms任務處理檢測系統DCP80信號發生器及DCP相關傳感器信號更新、處理、輸出等任務。二是高速信號DCP同步處理。三是煙支檢測系統接口模塊化。

圖2 產化超高速卷接機組電控系統軟件架構

5 結語

基于嵌入式IPC的超高速卷接機組電控系統經過幾年來的測試在穩定性及生產效率方面具有明顯的優勢，這將為超高速卷接機組的進一步國產化提供借鑒。

［1］國家煙草專賣局.煙草行業中長期科技發展規劃綱要（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在超高速卷煙機上的應用［J］.電腦知識與技術，2016（5）：186-187.

［3］常德煙草機械有限責任公司.ZJ116卷接機組HID檢測系統使用說明書［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的卷煙機電控系統設計［J］.湖南文理學院學報（自然科學版），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。