AMK伺服驅(qū)動技術(shù)在M5卷煙機(jī)上的應(yīng)用

摘 要：德國HAUNY公司生產(chǎn)的PROTOS-M5卷煙機(jī)組的電控系統(tǒng)采用了以新一代的工業(yè)嵌入式PC為核心的自動控制系統(tǒng)，以AMK伺服驅(qū)動技術(shù)搭建的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，通過目前工業(yè)上主流的總線和工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)接，構(gòu)成一套適應(yīng)高速生產(chǎn)和在線檢測要求的新一代卷煙生產(chǎn)設(shè)備， 是現(xiàn)代先進(jìn)控制理論和控制技術(shù)的典型應(yīng)用，代表著未來自動控制技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：AMK伺服驅(qū)動技術(shù)；PROTOS-M5卷煙機(jī)組；工業(yè)控制總線；控制網(wǎng)絡(luò)

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

德國HAUNY公司生產(chǎn)的PROTOS-M5卷煙機(jī)機(jī)組（以下簡稱M5）為新一代卷煙生產(chǎn)設(shè)備，每班煙支產(chǎn)量高達(dá)500萬支，生產(chǎn)速度達(dá)12000支每分鐘。電控系統(tǒng)采用了以新一代的工業(yè)嵌入式PC為核心的自動控制系統(tǒng)，以AMK伺服驅(qū)動技術(shù)搭建的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，通過目前工業(yè)上主流的總線和工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)接，構(gòu)成一套適應(yīng)高速生產(chǎn)和在線檢測要求的新一代卷煙生產(chǎn)設(shè)備。

1 M5卷煙機(jī)的電控網(wǎng)絡(luò)

M5卷煙機(jī)組以倍福（beckhoff）控制器為核心，采用了新一代工業(yè)控制技術(shù)，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)由TCP/IP以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP、CAN-BUS、AMK的ACC-BUS組成，如圖1為整機(jī)接口圖和總線概覽。

TCP/IP以太網(wǎng)主要負(fù)責(zé)人機(jī)界面和倍?？刂破鞯耐ㄓ?、人機(jī)界面和外圍信息網(wǎng)的通訊以及倍?？刂破髦g的通訊。

PROFIBUS-DP（PB-DP）現(xiàn)場總線是整機(jī)設(shè)備的控制網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)控制指令的傳輸和現(xiàn)場1/0 狀態(tài)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(nèi)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(jī)組的伺服驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)

M5卷煙機(jī)組相比以往機(jī)型最大的變化之一就是引入了獨立驅(qū)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(jī)部分主傳動等將原來齒輪傳動改為由AMK電機(jī)獨立驅(qū)動，簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)、降低了機(jī)器噪音、簡化了部分潤滑系統(tǒng)的設(shè)計，另外，當(dāng)煙支品牌和規(guī)格發(fā)生變化時以及原來的某些傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)整，均可通過修改相應(yīng)的電氣參數(shù)來實現(xiàn)。其中供絲部分有10臺伺服器驅(qū)動14臺伺服電機(jī)（KWD模塊可驅(qū)動兩臺電機(jī)），卷煙部分有15臺伺服器驅(qū)動24臺伺服電機(jī)，接裝部分有36臺伺服器驅(qū)動55臺伺服電機(jī)。這些伺服驅(qū)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(qū)動系統(tǒng)），包括電源模塊KE和驅(qū)動模塊KW系列。結(jié)合最新的計算機(jī)技術(shù)和最先進(jìn)的功率半導(dǎo)體器件以及智能強(qiáng)大的控制概念，伺服控制系統(tǒng)可以對電機(jī)實現(xiàn)精確的力矩控制，對其速度和位置控制可直接實現(xiàn)數(shù)字控制，具有穩(wěn)定性好，控制精度高，快速響應(yīng)好等優(yōu)點。AMK緊湊型驅(qū)動系統(tǒng)示意圖如圖2。M5卷煙機(jī)組伺服控制示意圖如圖3。

在M5卷煙機(jī)組伺服控制示意圖圖3中，KE模塊產(chǎn)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(jī)。KW模塊控制一個電機(jī)，KWD模塊控制兩個電機(jī)，后面跟的數(shù)據(jù)為電機(jī)容量，KWD不能做ACC主站。模塊上插的卡要根據(jù)控制的電機(jī)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(nèi)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(wǎng)絡(luò)。安裝有KW-PLC1/2選項卡的驅(qū)動系統(tǒng)既可用作CAN網(wǎng)絡(luò)中的集中式或分散式智能站點。

為滿足驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域的需求，AMK的CAN接口不僅提供標(biāo)準(zhǔn)的CAN數(shù)據(jù)通道，還有同步時鐘信號作為補(bǔ)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(nèi)部處理周期就可以彼此進(jìn)行同步。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，KW-PLC1/2將分散式的執(zhí)行各種任務(wù)的單軸驅(qū)動器組成網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)提供實時的數(shù)據(jù)傳輸，比如同步設(shè)置的值和對應(yīng)電機(jī)當(dāng)前的實際值。

此功能保證整個卷煙機(jī)組80多臺伺服電機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電子齒輪功能，順利實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)與降低設(shè)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(jìn)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(jī)，更進(jìn)一步可能，ACC總線主站可以通過一個點與網(wǎng)絡(luò)中的所有ACC總線從站通信（比如參數(shù)化，診斷，循環(huán)設(shè)定值和命令）。系統(tǒng)通過連接器X136 和X137 （KW）或者通過X236和X237 （KE）實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。

在此處采用符合IEEE1394標(biāo)準(zhǔn)的通訊線纜，連接時為交叉連接，連接器X136到X137內(nèi)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(jī)組對AMK伺服驅(qū)動器的狀態(tài)診斷

AMK伺服控制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置的狀態(tài)通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖陡？刂破髦?，部分?qū)動裝置的狀態(tài)直接在圖文顯示系統(tǒng)VISU中顯示，如圖5驅(qū)動裝置故障信息。通過VISU報告“診斷＼服務(wù)幫助＼驅(qū)動裝置”中可以查看故障的驅(qū)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(jī)上的AMK伺服器除對伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動處，還直接對高速傳感器信號進(jìn)行就近處理，KW模塊加裝KW-E/A選項卡，可連接多個高速數(shù)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(yīng)。在圖7中，接裝機(jī)煙條切刀伺服器A342M除驅(qū)動電機(jī)M342M外還對附近濾嘴進(jìn)給輥上的B42M濾嘴監(jiān)測、B14M前道煙條監(jiān)測、B15M后道煙條監(jiān)測三個高速光電信號進(jìn)行處理，處理結(jié)果通過ACC總線送到同支架的濾嘴切割輥伺服器A346M上進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與狀態(tài)監(jiān)控。

5 結(jié)語

M5卷煙機(jī)的AMK伺服控制器作為全數(shù)字交流伺服控制器，不僅能夠控制伺服電機(jī)在4象限內(nèi)精確運(yùn)行，具有極高的動態(tài)響應(yīng)性，還可以通過ACC、SYNC、PROFIBUS-DP等總線組成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更高級別的控制。以工業(yè)嵌入式PC為控制計算核心、以AMK伺服器為驅(qū)動系統(tǒng)組成的PROTOS-M5卷煙機(jī)的電控系統(tǒng)，是現(xiàn)代先進(jìn)控制理論和控制技術(shù)的典型應(yīng)用，代表著未來自動控制技術(shù)的發(fā)展方向。

作者簡介：周雪軍（1972-），男，本科，工程師，研究方向：煙機(jī)設(shè)備維修改進(jìn)研究。