嵌入式IPC在超高速卷煙機(jī)上的應(yīng)用

1、    嵌入式ipc在超高速卷煙機(jī)上的應(yīng)用    劉斌摘要：針對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)采用“plc+高速處理板卡”控制模式的卷煙機(jī)穩(wěn)定性差的問(wèn)題，提出了一種基于嵌入式ipc控制模式的電控系統(tǒng)架構(gòu)，并將其應(yīng)用到超高速卷煙機(jī)上。該系統(tǒng)將plc邏輯控制與高速信號(hào)處理算法集成于同一平臺(tái)， 并利用ethernet總線控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)外圍子站的組態(tài)。試驗(yàn)機(jī)經(jīng)過(guò)近半年的測(cè)試，其利用率、效率、廢品率及停機(jī)次數(shù)等指標(biāo)均有明顯改善，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：嵌入式ipc；超高速卷煙機(jī)；穩(wěn)定性：tp391 ：a ：1009-3044（2016）05-0186-02abstract：

2、 in order to solve the stability problem caused by the old control framework of cigarette maker based on “plc and high speed processing card”， a new control framework based on embedded ipc control mode is proposed. now， it is utilized in superspeed cigarette maker. in this control mode， the plc logi

3、cal control and high-speed signal processing algorithm are integrated into the same platform. all sub-stations are configured together by ethernet bus. after nearly a half year testing， the utilization rate， efficiency， scrap rate and shutdown times were significantly improved. thus， the stability a

4、nd efficiency of the cigarette machine are improved.key words： embedded ipc； superspeed cigarette maker； stability1 概述國(guó)產(chǎn)卷煙機(jī)大都采用plc作為電控系統(tǒng)的核心，其控制平臺(tái)的實(shí)時(shí)性比較差，一般只能處理10 ms以上的控制任務(wù)，隨著高速、超高速卷煙機(jī)的發(fā)展，系統(tǒng)的一些高速i/o掃描時(shí)間要求越來(lái)越快，現(xiàn)已達(dá)到s級(jí)別，因此單純的plc控制無(wú)法滿足要求1。為了解決此問(wèn)題，上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái)，卷煙機(jī)的控制系統(tǒng)開(kāi)始采用 “plc+高速處理板卡”的控制模式，此方案將以單片機(jī)作為主控制器的高

5、速處理板卡通過(guò)plc的擴(kuò)展接口實(shí)現(xiàn)對(duì)接，并利用單片機(jī)內(nèi)部中斷方式完成高速信號(hào)的處理2。然而隨著卷煙機(jī)自動(dòng)化及智能化的提高，越來(lái)越多的檢測(cè)系統(tǒng)和執(zhí)行設(shè)備通過(guò)板卡+總線的方式并入系統(tǒng)，由于缺少滿足實(shí)時(shí)性的統(tǒng)一平臺(tái)，勢(shì)必產(chǎn)生數(shù)據(jù)交互混亂及平臺(tái)之間兼容的問(wèn)題，影響了整個(gè)機(jī)器的穩(wěn)定性。近年來(lái)，基于嵌入式操作系統(tǒng)的工業(yè)計(jì)算機(jī)控制 （industrial personal computer，ipc）以其掃描周期快、環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域3?；诖?，提出了一種基于嵌入式ipc控制模式的電控系統(tǒng)架構(gòu)，并將其應(yīng)用到超高速卷煙機(jī)上。該系統(tǒng)將plc邏輯控制與高速信號(hào)處理算法集成于同一平臺(tái)， 并

6、利用ethernet總線控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)外圍子站的組態(tài)。經(jīng)過(guò)近半年的測(cè)試，其利用率、效率、廢品率及停機(jī)次數(shù)等指標(biāo)均有明顯改善，大大提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。2 基于嵌入式ipc的超高速卷煙機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1 傳統(tǒng)卷煙機(jī)硬件結(jié)構(gòu)圖1為基于“plc+高速處理板卡”的卷煙機(jī)電控系統(tǒng)解決方案拓?fù)鋱D，系統(tǒng)采用雙總線架構(gòu)。外部煙支質(zhì)量檢測(cè)板卡、重量控制板卡及生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)（making line processor，mlp）通過(guò)can總線與plc進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該硬件架構(gòu)的缺點(diǎn)是煙支質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)、重量控制系統(tǒng)及mlp均獨(dú)立于電控系統(tǒng)，主要使用電路板控制方式，相互之間通過(guò)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，導(dǎo)致電氣控制復(fù)雜，系

7、統(tǒng)維護(hù)不便、維護(hù)成本高等問(wèn)題。此外，控制系統(tǒng)的分散性造成了質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)法進(jìn)行；控制電路器件的離散性造成了數(shù)據(jù)采集和判據(jù)的離散性，降低了準(zhǔn)確性和難以標(biāo)準(zhǔn)化。2.2 基于ipc的卷煙機(jī)硬件結(jié)構(gòu)圖2為基于嵌入式ipc平臺(tái)的超高速卷煙機(jī)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，為兼容各種子系統(tǒng)，框圖架構(gòu)主要包含2條總線，即dp總線和e_bus總線，總線之間采用總線疊加技術(shù)。e_bus總線基于tcp/ip協(xié)議，通訊速度快，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，同時(shí)方便擴(kuò)展與訪問(wèn)。其中伺服驅(qū)動(dòng)器、安全系統(tǒng)、閥島及各分布式i/o通過(guò)profibus-dp總線連接至不同的dp主站，dp主站匯總各子站的數(shù)據(jù)及煙支質(zhì)量檢測(cè)傳感器、高速i/o、智能傳感

8、器通過(guò)e-bus總線4與ipc進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。mlp通過(guò)tcp/ip網(wǎng)絡(luò)端口與ipc進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)中ipc作為電控系統(tǒng)的統(tǒng)一控制平臺(tái)，采用極速控制（extreme fast control，xfc ）技術(shù)的超采樣模板實(shí)現(xiàn)高速信號(hào)的輸入輸出5，通過(guò)總線讀取各傳感器信號(hào)，所有信號(hào)經(jīng)過(guò)ipc統(tǒng)一處理后將輸出信號(hào)通過(guò)總線傳送至各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)卷煙機(jī)架構(gòu)，基于嵌入式ipc平臺(tái)的超高速卷煙機(jī)電控系統(tǒng)具有平臺(tái)統(tǒng)一，接口統(tǒng)一的特點(diǎn)。同時(shí)統(tǒng)一的平臺(tái)和接口極大的提高了設(shè)備穩(wěn)定性和易維護(hù)性。2.3 主要器件選型ipc平臺(tái)選用beckoff公司的第二代嵌入式控制器cx2030，采用了多核多核處理器，內(nèi)部集成了

9、雙核1.5 ghz intel? core? i7 cpu，控制器性能達(dá)到工業(yè)pc級(jí)別。軟件平臺(tái)上運(yùn)行定制版windows 7操作系統(tǒng)。 dp主站采用beckoff公司的el6731，該模板的功能類似于profibus pci接口卡，在ethercat端子模塊組態(tài)中，可以通過(guò)該端子模塊集成任何profibus設(shè)備。方案中為簡(jiǎn)化故障查詢時(shí)間，降低dp網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，依據(jù)子站位置和功能分別構(gòu)建了4個(gè)dp子網(wǎng)絡(luò)，其中卷煙機(jī)供絲、卷煙、卷接部分各一個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)總線智能傳感器和煙支質(zhì)量檢測(cè)傳感器各一個(gè)。2.4 軟件架構(gòu)由于將所有相關(guān)控制算法全都集成到嵌入式ipc統(tǒng)一平臺(tái)上，為保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作，所有任務(wù)必須嚴(yán)

10、格按照時(shí)間劃分。整個(gè)系統(tǒng)分為100ms、10ms和1ms三種任務(wù)，其中：（1）100ms任務(wù)：處理mlp消息狀態(tài)更新及高速閥點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定兩項(xiàng)任務(wù)；（2）10ms任務(wù)：處理卷煙機(jī)常規(guī)的邏輯控制、高速信號(hào)處理初始化、系統(tǒng)參數(shù)更新、停機(jī)處理以及dp總線故障診斷等任務(wù)；（3）1ms任務(wù)：處理“plc+高速處理板卡”方案中高速信號(hào)處理任務(wù)，含檢測(cè)系統(tǒng)dcp80信號(hào)發(fā)生器、dcp（double clock pulse，雙倍長(zhǎng)煙支時(shí)鐘脈沖）相關(guān)傳感器信號(hào)更新、處理及輸出等任務(wù)。3 基于嵌入式ipc的超高速卷煙機(jī)測(cè)試效果基于嵌入式ipc的超高速卷煙機(jī)電控平臺(tái)采用了德國(guó)beckoff公司的嵌入式控制器cx103

11、0，機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)自protos機(jī)型中的zj116卷接機(jī)，卷接速度為14000支/min。經(jīng)過(guò)連續(xù)48小時(shí)6個(gè)班的運(yùn)行，試驗(yàn)機(jī)的利用率、效率、停機(jī)次數(shù)及廢品率分別為92%、94%、8、0.76%，與目前國(guó)內(nèi)普遍使用的兩款經(jīng)典卷煙機(jī)型zj112與zj116對(duì)比3，四項(xiàng)主要指標(biāo)均有了明顯的改善。4 結(jié)論嵌入式ipc統(tǒng)一平臺(tái)在超高速卷煙機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用效果進(jìn)一步驗(yàn)證了嵌入式ipc統(tǒng)一平臺(tái)在系統(tǒng)穩(wěn)定性及生產(chǎn)效率方面的優(yōu)勢(shì)，這將為國(guó)家局超高速卷接包機(jī)組重大專項(xiàng)工作的順利進(jìn)展提供借鑒6。參考文獻(xiàn)：1 文德明， 周奇峰. 嵌入式ipc在新型卷煙機(jī)上的應(yīng)用. 微計(jì)算機(jī)信息j. 2011， 27（6）： 110-112.2 王暉. 基于嵌入式ipc的卷煙機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)j .湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，27（2）：91-94.3 李青云.嵌入式ipc在卷煙機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用j . 電子技術(shù)與軟件工程，