国产化超高速卷接机组电控系统研究

刘斌

（常德烟草机械有限责任公司，湖南常德 415000）

国产化超高速卷接机组电控系统研究

刘斌

（常德烟草机械有限责任公司，湖南常德 415000）

开发具有自主知识产权的超高速卷接机组是国家烟草专卖局超高速卷接包机组重大专项工作的要求。近年来，常德烟草机械有限责任公司采用嵌入式IPC取代传统的“PLC+高速处理板卡”，并将其应用到超高速卷接机组电控系统中，解决了原有多平台稳定性差的问题。新电控系统将PLC逻辑控制与高速信号处理算法集成于同一平台，通过Ethernet总线控制技术实现外围子站的组态。本文将对该电控系统进行阐述。

超高速卷接机组；嵌入式IPC；电控系统；国产化

1 国内外超高速卷接机组的发展现状

开发具有自主知识产权的超高速卷接机组是国家烟草专卖局超高速卷接包机组重大专项工作的要求［1］。超高速卷接机组是适应大企业、大品牌发展对技术装备的客观需要。目前，超高速卷接机组市场率占领比较高的有德国HAUNI与意大利G.D两家公司，这两公司从事烟草机械的开发和制造已有多年，在超高速卷接技术上各有所长。代表产品有HAUNI公司的PROTOS2-2（生产速度为16 000支/min）、M5（生产速度为12 000支/min）、M8（生产速度为20 000支/min）以及G.D公司GD121+/AF18（生产速度为16 000支/min）、GD121++/AF20S（生产速度为20 000支/min）。

国内对于卷烟机的研究起步虽然较晚，但是发展迅速，通过引进技术消化吸收和自主开发相结合的方式，自20世纪90年代引进德国HAUNI公司的PROTOS70（生产速度为7 000支/min）以来，先后已生产出了ZJ17（生产速度为7 000支/min）、ZJ112（生产速度为10 000支/min）、ZJ116（生产速度为16 000支/min）等型号卷接机组。尤其是最近几年来，常德烟草机械有限责任公司研发出具有自主知识产权的ZJ118（生产速度为8 000支/min）和ZJ116A（生产速度为14 000支/min）2种机型，并开始了批量化生产，实现了卷烟机的国产化。

2 国产化超高速卷接机组电控系统架构

国产化的超高速卷接机组电控系统架构如图1所示。为保证系统兼容性采用了2路总线，即Profibus-DP总线和EtherCAT总线，其中伺服驱动器、卷烟机DP子站和接装机DP子站通过PROFIBUS-DP总线与IPC进行通讯，SES（传感器服务器）、ODIM（光电式烟条直径检测系统）、ORIS、HID、LEO及超采样I/O通过EtherCAT与IPC进行通讯，而IPC作为电控系统的统一控制平台负责整个系统的数据处理工作。管理层和交互层的通讯网络均为以太网。

图1 国产化超高速卷接机组电控系统架构

3 主要器件选型

①作为整个电控系统大脑的IPC采用德国BECKHOFF公司的第二代嵌入式控制器CX2030，其处理器为第二代Intel®CoreTM i7@1.5GHz双核处理器，完成整机逻辑动作控制和各检测单元的数据统计及相关图表等［2］。

②DP子站：分布式I/O参照ZJ116的WAGO和FESTO阀岛的选型设计［3］，操作面板参照ZJ116的操作模式及选型设计，基于Profibus-DP总线的LENZE变频器控制的各电机的控制方式参照ZJ116的选型设计。

③伺服系统参照ZJ116的AMK伺服系统。

④MAX轴编码器选型参照ZJ116，其编码器信号接入IPC中的轴编模块，然后通过轴编模块产生的DCP与DCP40信号，接入HID与LEO中进行信号的同步。

⑤人机交互系统以以太网为物理链路媒介，通过TCP/IP协议与用户生产数据采集系统通讯，通过TWINCAT ADS与主控制器（IPC）进行数据交换。

⑥SES、ODIM、ORIS、HID、LEO等均采用本公司最新研发的检测系统。

4 软件架构

将所有相关控制算法全都集成到嵌入式IPC统一平台上的超高速卷接机组电控系统具备以下特点［4］。一是任务严格按照时间划分。图2为该电控系统软件架构，按任务周期分为100、10、4、1ms任务，其中100ms任务包括设定高速阀点火时间及更新MLP消息状态，10ms任务包括更新系统参数、初始化高速信号、处理常规逻辑、诊断DP总线故障及停机处理等，1ms任务处理检测系统DCP80信号发生器及DCP相关传感器信号更新、处理、输出等任务。二是高速信号DCP同步处理。三是烟支检测系统接口模块化。

图2 产化超高速卷接机组电控系统软件架构

5 结语

基于嵌入式IPC的超高速卷接机组电控系统经过几年来的测试在稳定性及生产效率方面具有明显的优势，这将为超高速卷接机组的进一步国产化提供借鉴。

［1］国家烟草专卖局.烟草行业中长期科技发展规划纲要（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］刘斌.嵌入式IPC在超高速卷烟机上的应用［J］.电脑知识与技术，2016（5）：186-187.

［3］常德烟草机械有限责任公司.ZJ116卷接机组HID检测系统使用说明书［EB/OL］.（2011-10-31）［2017-03-06］.2011. http://www.doc88.com/p-0873297477880.html.

［4］王晖.基于嵌入式IPC的卷烟机电控系统设计［J］.湖南文理学院学报（自然科学版），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

刘斌（1987-），男，硕士，研究方向：电力电子与电力传动。