摘 要： 本文介紹了由德國FOCKE公司生產(chǎn)的具有1000包/分生產(chǎn)能力的超高速硬盒包裝機組FOCKE701包裝機組的電控系統(tǒng)，分析了其先進性與穩(wěn)定性。 一、引言 　　FOCKE701包裝機組是由德國FOCKE公司生產(chǎn)的具有1000包/分生產(chǎn)能力的超高速硬盒包裝機組，是目前國際上最為先進的卷煙設(shè)備之一。我國卷煙生產(chǎn)廠家從2007年開始引進該設(shè)備，對于該設(shè)備的摸索、熟悉、研究也逐漸開始。本文試從電控系統(tǒng)這方面闡述該設(shè)備的特性。 二、FOCKE701包裝機組的電控系統(tǒng)架構(gòu) 　　FOCKE701包裝機組主要包括了以下幾個機器:701型硬盒翻蓋包裝機、741型煙包儲存器、752型薄膜外包機、779型裝箱卷包機、542型拆垛機、798型自動拼接機2套。這7個機器由6個控制器完成過程控制，機器之間通過PROFIBUS-DP總線進行數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)上下游機器的聯(lián)動運行。 　　下圖是以701機器為主的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 　　FOCKE 701型硬盒翻蓋包裝機組的控制器和總線系統(tǒng)主要使用了BECKHOFF公司的產(chǎn)品，它的控制器是帶實時內(nèi)核TwinCAT的面板型IPC CP7503-1002-0021，所有輸入輸出控制通過帶2個PROFIBUS端口的PCI插槽模塊FC3102來擴展。 　　總線PROFIBUS 1上連接了13個總線耦合器BK3150，1個帶8點輸入現(xiàn)場總線端子盒IP1011，通過SIEMENS總線耦合器6ES7 158-0AD01-0XA0連接到752型薄膜外包機的控制器面板型IPC CP7503-1002-0021，該工控機的PCI插槽模塊FC3102作為主站與798型自動拼接機的控制器PC C6140實現(xiàn)通訊。 　　總線PROFIBUS 2上連接了2個總線耦合器BK3150，連接到798型自動拼接機的控制器和542型拆垛機的控制器，這2個控制器作為從站都包含16BYTE輸入16BYTE輸出的通訊總量。 　　總線耦合器BK3150擴展使用的I/O模塊類型包括數(shù)字型、電壓電流模擬量、RTD輸入、PWM輸出等。 　　工控機的第四插槽的Ethernet端口上連接的帶4DI/4DO的分布式協(xié)處理器BC9100用于處理Watchdog和機器的維護保養(yǎng)提示。 　　工控機的其它Ethernet端口實現(xiàn)與車間級以太網(wǎng)通訊。 三、FOCKE701包裝機組的控制器 　　控制器以701型硬盒翻蓋包裝機為例，該機器采用了2種型號的BECKHOFF IPC：CP7503-1002-0021和C6140。CP7503-1002-0021為防護等級IP65的面板型PC，包括Intel Pentium 4 2.8GHz的處理器、256MB DDR-RAM內(nèi)存、20GB IDE硬盤。C6140為防護等級IP20的控制柜嵌入式PC，包括Intel Celeron 2GHz的處理器、256MB DDR-RAM內(nèi)存、40GB IDE硬盤。 　　這2種型號的BECKHOFF IPC在安裝了TwinCAT軟件后即可作為獨立于WINDOWS系統(tǒng)且并列運行于同一個CPU的軟PLC。該軟PLC可分解成4個多任務(wù)PLC，每個PLC最多包含4個任務(wù)，每個任務(wù)可定義不同的執(zhí)行周期。程序按固定的周期被執(zhí)行，最小的運行周期為50微妙。這種多任務(wù)控制系統(tǒng)可滿足不同響應(yīng)速度的控制要求，并且隨著IPC性能的提高，PLC的運行速度也不斷提高。701型硬盒翻蓋包裝機和741型煙包儲存器的控制程序作為2個PLC同時運行在一個IPC上，其中包括了多個任務(wù)，最快的任務(wù)執(zhí)行周期設(shè)定為2毫秒。 四、FOCKE701包裝機組的總線系統(tǒng) 　　FOCKE701包裝機組的總線系統(tǒng)采用多層總線，包括PROFIBUS-DP和Ethernet兩種。PROFIBUS-DP 總線通訊用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。機身的檢測元器件和執(zhí)行器件都采用PROFIBUS-DP總線，傳送速率為12M波特率，達到了PROFIBUS-DP的最高極限速率。使用了帶TwinCAT實時內(nèi)核的BECKHOFF IPC沒有傳統(tǒng)PLC通過底板通訊的輸入輸出，對總線的通訊速度要求較高，特別是一些快速信號?？偩€的通訊速度成為提高該系統(tǒng)整體運行速度的瓶頸。 　　不過隨著科技的發(fā)展，在FOCKE701包裝機組成功研發(fā)后的幾年里，BECKHOFF公司又提供了一種新型的總線系統(tǒng)產(chǎn)品EtherCAT。EtherCAT 總線是一種基于以太網(wǎng)的實時通訊總線，1000個分布式I/O數(shù)據(jù)的刷新時間僅為30μs，其中包括端子模塊周期時間。通過一個以太網(wǎng)幀，可以交換高達1486字節(jié)的過程數(shù)據(jù)，相當(dāng)于12000個數(shù)字量I/O，而這一數(shù)據(jù)量的傳輸僅用300μs。EtherCAT技術(shù)使得通訊技術(shù)與高性能IPC 相匹配。這一技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品可以應(yīng)用到對包裝機組進行功能改進或者新產(chǎn)品的開發(fā)研制中。 　　FOCKE701包裝機組采用的另一總線即Ethernet。該以太網(wǎng)現(xiàn)場總線連接了BECKHOFF IPC和智能組件BC9100，走的是一般的TCP/IP協(xié)議。BC9100用于處理Watchdog和機器的維護保養(yǎng)提示等任務(wù)。 五、總結(jié) 　　以上詳細分析了FOCKE701包裝機組電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進并具有快速、穩(wěn)定等特性，是采用工控機作為控制器的成功案例，值得國內(nèi)制造行業(yè)借鑒和參照。