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FOCKE778条盒包装机总线-BECKHOFF光纤系统的改进

范文

周家超，高云鹏，苏家骅

【摘要】现昆明卷烟厂使用的5条FOCKE700生产线，其中FOCKE778机型的功能是将烟包进行条盒包装。控制系统以S5-135U PLC为核心，总线系统为BECKHOFF光纤系统。由于该总线系统存在模块电压不足的问题，致使出现故障频率增加的现象。论文使用直接电压补偿的方法，使各模块工作电压正常后，整个光纤系统的故障次数显著减少。

【Abstract】There are five FOCKE700 production lines in use in Kunming Cigarette Factory， among which the function of FOCKE778 model is to pack cigarette packs in cartons. The control system takes S5-135U PLC as the core， and the bus system is BECKHOFF optical fiber system. Due to the problem of insufficient module voltage in the bus system， the fault frequency increases. In this paper， a direct voltage compensation method is used to reduce the number of faults of the whole optical fiber system after the working voltage of each module is normal.

【关键词】光纤系统;模拟量模块;电压

【Keywords】optical fiber system; analog module; voltage

【中图分类号】TS43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編号】1673-1069（2019）11-0160-02

1 原理分析

1.1 FOCKE778中的BECKHOFF总线系统基本原理

图1为FOCKE778中光纤系统回路图，其中，虚线框内为电柜内的部分，M为回路信号转换单元，其功能是完成光纤系统与CPU间的通讯，除A站位于电柜内，其他B-K为分布于机器各部分的站点。每个站点由一个总线耦合器和若干的模拟量、数字量输入/输出模块组成。各站点的连接实际上是将各站点中模块的电信号，通过总线耦合器转换为总线的光信号，再通过光纤将各站点的总线耦合器连接起来，从而形成回路系统。

1.2 故障原因分析

设备使用时间长，模块耗电量增加，使得总线耦合器负载携带能力下降，一些模块较多的站点，在正常工作中出现通讯故障。其中，模块最多的为B站，除耦合器外，共有47个模块，见图2，总线耦合器的工作电压为24V，耦合器与各模块间通过工作电压为5V的K-BUS总线连接，选择BK2000耦合器，并使用KL9010作为末端模块，该站最多可以带64个模块。5V电压经过每个模块后，都略有下降，由于使用时间较长，经过每个模块后的压降也相应的增加。

1.3 导致电压问题的原因

上文所述，烙铁温度下降和主电机速度信号传递出现问题，从烙铁温度信号和主电机速度信号输入模块开始分析，如图2所示，42、43号模块分别为烙铁温度信号和主电机速度信号输入模块，上述两个信号通过K-BUS总线传递到BK2000光纤总线通信模块，为确定出现故障时，K-BUS通讯是否正常，我们在5台FOCKE778发生烙铁温度下降和主电机速度无法调整时，对42、43号模块K-BUS总线工作电源1、2间电压进行了测量，结果如表1所示， 42、47号模块的供电电压大大低于正常值范围5V （-5%/+10%）。为什么电压会不足5V呢？为此，我们在测量42、47号模块后，还对B站点的总线耦合器BK2000模块上K-BUS总线工作电源输出以及随机抽取的10、20、30号模块1、2间电压进行了跟踪测量，发现BK2000输出电压没有任何问题，但随着模块和BK2000距离的增加，其K-BUS总线工作电压呈下降趋势[1]。

以此类推，模拟量模块42-45以及远离BK2000的数字量模块仍然会存在K-BUS总线电压不足的问题，下面对这两种情况下，为何没有发生故障进行分析：

①模拟量模块。模拟量模块44-47分别为两个负压风机和两个正压风机温度热敏输入点，由于都是小负载电机，且都增加了冷却风扇，连续多日工作后仍然发热很小，基本保持常温，热敏输出电阻值波动范围离超温报警值很远，故±1V电压波动并不会使得44-47号模块的信号进入停机范围。②数字量模块。数字量信号只有5V和0V两种，0～2.3V视为“0”，2.3V以上至5V视为“1”，假设某数字量模块K-BUS工作电压已降至4V，此时存在5V信号降低被认为是“0”的情况，但是，工作电压只下降至正常值的80%，输出信号只要高于：2.3V÷80%=2.875V，就不会被系统误认为是“0”信号。

1.4 解决办法

由于造成故障的主要原因来自电压不足，怎样提高42、43号模块K-BUS总线的工作电压呢？

通过加大对BK2000模块的供电来提高K-BUS总线的工作电压显然是不可取的，因为对于K-BUS总线来说，BK2000具有电源的功能，在不烧毁的前提下，电源的输出电压并不会随输入电压有明显的变化，而且BK2000输出电压大幅增加也会使得靠近BK2000的模块有烧毁的隐患。

那么，能不能直接对电压不足的42、43号模块进行供电呢。这是两个直流稳压电源并联的问题，两个电源完全一致是不可能的，所以两个直流电源并联时，电压低的就成了高的负载（就像被充电），消耗高电压直流电源的电能，特别是空载和轻负载时严重，但是此处负载较高，由上述测量结果可知，所增加电源的位置，电压值在增加前绝对不可能达到5V，故所加电源不会成为回路的负载，同理，BK2000也不会成为所赠电源的负载。

2 解决步骤

2.1 数据分析

将两根导线分别焊在42号模块K-BUS总线1、2端子的铜片背面，并外接一5V电源，然后再将模块插回原来的位置。然后，再次测量42、43号模块K-BUS总线工作电压，如表2所示。

测试结果表明，42#、43#模塊的供电电压显著增大，电压值达到了正常工作电压的范围值。

2.2 硬件实现

虽然效果明显，单独添加5V供电电源，但简易改造既影响美观又因焊接线路外漏存在巨大隐患，通过查阅BECKHOFF手册，了解到可以在任意地方添加电压模块KL9100，这样就可以极大地减少工作量，并保证设备的工作稳定性。但是此种做法会改变其他模块的地址，如果因此在程序里改变其他模块的地址不但会产生较大的劳动量，而且风险极大，因此，我们通过以下过程来实现。

步骤一：完成KL9100供电端子模块的使用改造。

①该供电端子模块由接口电路和输出电路组成，接口电路接输入端，输出电路分为24V或5V两种电压输出口。当输入端接通24V直流电压后，输出电路24V输出口输出24V直流电压，5V输出口输出为0。②通过上述分析，切断输入端与接口电路、5V输出口与输出电路的内部电路连接，人为地用导线将5V输出口与输入端连接。此时，当输入端接通5V电压后，5V输出口输出5V电压。这样一来，就解决了因增加KL9100供电而引起的地址偏移问题。

步骤二：在41#、42#模块间安装供电端子模块。

步骤三：完成供电线路改造。

参照FOCKE778技术手册上的BK2000总线端子模块的电气参数，选择型号为SH05-24F-5S（24V→5V）的电源转换器。

3 结语

对FOCKE778光纤系统进行改进后，提升了设备的有效作业率，提高了设备单位时间内的产能，减少了设备的无效耗能。同时，停机次数的降低也减少了因设备再启动所产生的废品剔除量，对企业实现节能减排的社会责任起到了积极促进作用。

【参考文献】

【1】陈先锋.伺服控制技术自学手册[M].北京：人民邮电出版社，2010.

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