AMK伺服驱动技术在M5卷烟机上的应用

摘 要：德国HAUNY公司生产的PROTOS-M5卷烟机组的电控系统采用了以新一代的工业嵌入式PC为核心的自动控制系统，以AMK伺服驱动技术搭建的伺服驱动系统，通过目前工业上主流的总线和工业以太网联接，构成一套适应高速生产和在线检测要求的新一代卷烟生产设备， 是现代先进控制理论和控制技术的典型应用，代表着未来自动控制技术的发展方向。

关键词：AMK伺服驱动技术；PROTOS-M5卷烟机组；工业控制总线；控制网络

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

德国HAUNY公司生产的PROTOS-M5卷烟机机组（以下简称M5）为新一代卷烟生产设备，每班烟支产量高达500万支，生产速度达12000支每分钟。电控系统采用了以新一代的工业嵌入式PC为核心的自动控制系统，以AMK伺服驱动技术搭建的伺服驱动系统，通过目前工业上主流的总线和工业以太网联接，构成一套适应高速生产和在线检测要求的新一代卷烟生产设备。

1 M5卷烟机的电控网络

M5卷烟机组以倍福（beckhoff）控制器为核心，采用了新一代工业控制技术，内部网络由TCP/IP以太网、PROFIBUS-DP、CAN-BUS、AMK的ACC-BUS组成，如图1为整机接口图和总线概览。

TCP/IP以太网主要负责人机界面和倍福控制器的通讯、人机界面和外围信息网的通讯以及倍福控制器之间的通讯。

PROFIBUS-DP（PB-DP）现场总线是整机设备的控制网络，负责控制指令的传输和现场1/0 状态的采集。

MIDAS（重量控制）、OTIS（烟支外观检测）、LES（烟支空头）、SES（传感器）等之间通过CAN-BUS通讯。

AMK的ACC-BUS是每个AMK伺服控制器内部的同步总线。

AMK的SYNC-BUS是每个AMK伺服控制器组之间的同步总线。

2 M5卷烟机组的伺服驱动网络

M5卷烟机组相比以往机型最大的变化之一就是引入了独立驱动的概念，将劈刀盘，烟枪布带、烟支切割刀盘、蜘蛛手和接烟轮、供纸辊、以及接装机部分主传动等将原来齿轮传动改为由AMK电机独立驱动，简化了机械结构、降低了机器噪音、简化了部分润滑系统的设计，另外，当烟支品牌和规格发生变化时以及原来的某些传统的机械调整，均可通过修改相应的电气参数来实现。其中供丝部分有10台伺服器驱动14台伺服电机（KWD模块可驱动两台电机），卷烟部分有15台伺服器驱动24台伺服电机，接装部分有36台伺服器驱动55台伺服电机。这些伺服驱动所采用的控制单元为模块化的AMKASYN KE/KW系列单元（系紧凑型驱动系统），包括电源模块KE和驱动模块KW系列。结合最新的计算机技术和最先进的功率半导体器件以及智能强大的控制概念，伺服控制系统可以对电机实现精确的力矩控制，对其速度和位置控制可直接实现数字控制，具有稳定性好，控制精度高，快速响应好等优点。AMK紧凑型驱动系统示意图如图2。M5卷烟机组伺服控制示意图如图3。

在M5卷烟机组伺服控制示意图图3中，KE模块产生直流电，通过直流母线（DC-BUS）为同一支架的模块供电，最多可带32个伺服电机。KW模块控制一个电机，KWD模块控制两个电机，后面跟的数据为电机容量，KWD不能做ACC主站。模块上插的卡要根据控制的电机不同，不同的通信选用不同的选项卡。ACC总线为同一个支架的内部总线，通信速度1MS。SYNC总线为不同支架的同步信号，通信速度1MS，PROFIBUS速度为4MS。

2.1 AMK SYNC总线

利用KW-PLC1/2选项卡，可作为CAN主站或CAN从站连接到CAN总线网络。安装有KW-PLC1/2选项卡的驱动系统既可用作CAN网络中的集中式或分散式智能站点。

为满足驱动技术领域的需求，AMK的CAN接口不仅提供标准的CAN数据通道，还有同步时钟信号作为补充。这就是SYNC总线（即同步总线）。利用同步总线AMK SYNC，不同的AMK总线站点的内部处理周期就可以彼此进行同步。在CAN网络中，KW-PLC1/2将分散式的执行各种任务的单轴驱动器组成网络，这个网络提供实时的数据传输，比如同步设置的值和对应电机当前的实际值。

此功能保证整个卷烟机组80多台伺服电机同步运转，实现电子齿轮功能，顺利实现柔性化生产与降低设备重量与有色金属消耗。

2.2 AMK的ACC总线

所有ACC总线上连接的用户是通过ACC总线与主站时钟进行同步（时钟=1MS）。这样就有可能同步地操作或处理不同的电机，更进一步可能，ACC总线主站可以通过一个点与网络中的所有ACC总线从站通信（比如参数化，诊断，循环设定值和命令）。系统通过连接器X136 和X137 （KW）或者通过X236和X237 （KE）实现联网。

在此处采用符合IEEE1394标准的通讯线缆，连接时为交叉连接，连接器X136到X137内部也是彼此交叉连接，在ACC总线两端要加终端电阻。接线示意如图4所示。

3 M5卷烟机组对AMK伺服驱动器的状态诊断

AMK伺服控制系统的驱动装置的状态通过PROFIBUS网络传输到倍福控制器中，部分驱动装置的状态直接在图文显示系统VISU中显示，如图5驱动装置故障信息。通过VISU报告“诊断＼服务帮助＼驱动装置”中可以查看故障的驱动装置的信息。图5中各信息的含义如图6。

4 AMK伺服控制器对高速信号的处理

M5卷烟机上的AMK伺服器除对伺服电机进行驱动处，还直接对高速传感器信号进行就近处理，KW模块加装KW-E/A选项卡，可连接多个高速数字量信号。AMK伺服器ACC总线的时钟为1MS，故每1MS采集一次外部信号，故只要检测器输出脉冲大于1MS，伺服器就能够及时响应。在图7中，接装机烟条切刀伺服器A342M除驱动电机M342M外还对附近滤嘴进给辊上的B42M滤嘴监测、B14M前道烟条监测、B15M后道烟条监测三个高速光电信号进行处理，处理结果通过ACC总线送到同支架的滤嘴切割辊伺服器A346M上进行缺嘴靠拢高速阀Y4M动作，并通过PROFIBUS总线送到上位倍福IPC进行数据统计与状态监控。

5 结语

M5卷烟机的AMK伺服控制器作为全数字交流伺服控制器，不仅能够控制伺服电机在4象限内精确运行，具有极高的动态响应性，还可以通过ACC、SYNC、PROFIBUS-DP等总线组成网络，实现更高级别的控制。以工业嵌入式PC为控制计算核心、以AMK伺服器为驱动系统组成的PROTOS-M5卷烟机的电控系统，是现代先进控制理论和控制技术的典型应用，代表着未来自动控制技术的发展方向。

作者简介：周雪军（1972-），男，本科，工程师，研究方向：烟机设备维修改进研究。