FOCKE778條盒包裝機(jī)總線-BECKHOFF光纖系統(tǒng)的改進(jìn)

周家超，高云鵬，蘇家驊

（昆明卷煙廠，昆明650000）

1 原理分析

1.1 FOCKE778 中的BECKHOFF總線系統(tǒng)基本原理

圖1為FOCKE778 中光纖系統(tǒng)回路圖，其中，虛線框內(nèi)為電柜內(nèi)的部分，M為回路信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，其功能是完成光纖系統(tǒng)與CPU 間的通訊，除A 站位于電柜內(nèi)，其他B-K為分布于機(jī)器各部分的站點(diǎn)。每個(gè)站點(diǎn)由一個(gè)總線耦合器和若干的模擬量、數(shù)字量輸入/輸出模塊組成。各站點(diǎn)的連接實(shí)際上是將各站點(diǎn)中模塊的電信號(hào)，通過總線耦合器轉(zhuǎn)換為總線的光信號(hào)，再通過光纖將各站點(diǎn)的總線耦合器連接起來，從而形成回路系統(tǒng)。

圖1 FOCKE778 光纖系統(tǒng)回路圖

1.2 故障原因分析

設(shè)備使用時(shí)間長(zhǎng)，模塊耗電量增加，使得總線耦合器負(fù)載攜帶能力下降，一些模塊較多的站點(diǎn)，在正常工作中出現(xiàn)通訊故障。其中，模塊最多的為B 站，除耦合器外，共有47個(gè)模塊，見圖2，總線耦合器的工作電壓為24V，耦合器與各模塊間通過工作電壓為5V的K-BUS 總線連接，選擇BK2000 耦合器，并使用KL9010 作為末端模塊，該站最多可以帶64個(gè)模塊。5V 電壓經(jīng)過每個(gè)模塊后，都略有下降，由于使用時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)過每個(gè)模塊后的壓降也相應(yīng)的增加。

1.3 導(dǎo)致電壓?jiǎn)栴}的原因

圖2 B 站點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

上文所述，烙鐵溫度下降和主電機(jī)速度信號(hào)傳遞出現(xiàn)問題，從烙鐵溫度信號(hào)和主電機(jī)速度信號(hào)輸入模塊開始分析，如圖2所示，42、43 號(hào)模塊分別為烙鐵溫度信號(hào)和主電機(jī)速度信號(hào)輸入模塊，上述兩個(gè)信號(hào)通過K-BUS 總線傳遞到BK2000光纖總線通信模塊，為確定出現(xiàn)故障時(shí)，K-BUS 通訊是否正常，我們?cè)? 臺(tái)FOCKE778 發(fā)生烙鐵溫度下降和主電機(jī)速度無法調(diào)整時(shí)，對(duì)42、43 號(hào)模塊K-BUS 總線工作電源1、2 間電壓進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如表1所示，42、47 號(hào)模塊的供電電壓大大低于正常值范圍5V (-5%/+10%)。為什么電壓會(huì)不足5V呢？為此，我們?cè)跍y(cè)量42、47 號(hào)模塊后，還對(duì)B 站點(diǎn)的總線耦合器BK2000 模塊上K-BUS 總線工作電源輸出以及隨機(jī)抽取的10、20、30 號(hào)模塊1、2 間電壓進(jìn)行了跟蹤測(cè)量，發(fā)現(xiàn)BK2000 輸出電壓沒有任何問題，但隨著模塊和BK2000 距離的增加，其K-BUS 總線工作電壓呈下降趨勢(shì)[1]。

表1 42、43 號(hào)模塊總線工作電壓統(tǒng)計(jì)表

以此類推，模擬量模塊42-45 以及遠(yuǎn)離BK2000的數(shù)字量模塊仍然會(huì)存在K-BUS 總線電壓不足的問題，下面對(duì)這兩種情況下，為何沒有發(fā)生故障進(jìn)行分析：

①模擬量模塊。模擬量模塊44-47 分別為兩個(gè)負(fù)壓風(fēng)機(jī)和兩個(gè)正壓風(fēng)機(jī)溫度熱敏輸入點(diǎn)，由于都是小負(fù)載電機(jī)，且都增加了冷卻風(fēng)扇，連續(xù)多日工作后仍然發(fā)熱很小，基本保持常溫，熱敏輸出電阻值波動(dòng)范圍離超溫報(bào)警值很遠(yuǎn)，故±1V 電壓波動(dòng)并不會(huì)使得44-47 號(hào)模塊的信號(hào)進(jìn)入停機(jī)范圍。②數(shù)字量模塊。數(shù)字量信號(hào)只有5V和0V 兩種，0～2.3V 視為“0”，2.3V 以上至5V 視為“1”，假設(shè)某數(shù)字量模塊K-BUS 工作電壓已降至4V，此時(shí)存在5V 信號(hào)降低被認(rèn)為是“0”的情況，但是，工作電壓只下降至正常值的80%，輸出信號(hào)只要高于：2.3V÷80%＝2.875V，就不會(huì)被系統(tǒng)誤認(rèn)為是“0”信號(hào)。

1.4 解決辦法

由于造成故障的主要原因來自電壓不足，怎樣提高42、43號(hào)模塊K-BUS 總線的工作電壓呢？

通過加大對(duì)BK2000 模塊的供電來提高K-BUS 總線的工作電壓顯然是不可取的，因?yàn)閷?duì)于K-BUS 總線來說，BK2000具有電源的功能，在不燒毀的前提下，電源的輸出電壓并不會(huì)隨輸入電壓有明顯的變化，而且BK2000 輸出電壓大幅增加也會(huì)使得靠近BK2000的模塊有燒毀的隱患。

那么，能不能直接對(duì)電壓不足的42、43 號(hào)模塊進(jìn)行供電呢。這是兩個(gè)直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)的問題，兩個(gè)電源完全一致是不可能的，所以兩個(gè)直流電源并聯(lián)時(shí)，電壓低的就成了高的負(fù)載（就像被充電），消耗高電壓直流電源的電能，特別是空載和輕負(fù)載時(shí)嚴(yán)重，但是此處負(fù)載較高，由上述測(cè)量結(jié)果可知，所增加電源的位置，電壓值在增加前絕對(duì)不可能達(dá)到5V，故所加電源不會(huì)成為回路的負(fù)載，同理，BK2000 也不會(huì)成為所贈(zèng)電源的負(fù)載。

2 解決步驟

2.1 數(shù)據(jù)分析

將兩根導(dǎo)線分別焊在42 號(hào)模塊K-BUS 總線1、2 端子的銅片背面，并外接一5V 電源，然后再將模塊插回原來的位置。然后，再次測(cè)量42、43 號(hào)模塊K-BUS 總線工作電壓，如表2所示。

表2 補(bǔ)償供電后K-BUS 總線工作電壓統(tǒng)計(jì)表

測(cè)試結(jié)果表明，42#、43#模塊的供電電壓顯著增大，電壓值達(dá)到了正常工作電壓的范圍值。

2.2 硬件實(shí)現(xiàn)

雖然效果明顯，單獨(dú)添加5V 供電電源，但簡(jiǎn)易改造既影響美觀又因焊接線路外漏存在巨大隱患，通過查閱BECKHOFF手冊(cè)，了解到可以在任意地方添加電壓模塊KL9100，這樣就可以極大地減少工作量，并保證設(shè)備的工作穩(wěn)定性。但是此種做法會(huì)改變其他模塊的地址，如果因此在程序里改變其他模塊的地址不但會(huì)產(chǎn)生較大的勞動(dòng)量，而且風(fēng)險(xiǎn)極大，因此，我們通過以下過程來實(shí)現(xiàn)。

步驟一：完成KL9100 供電端子模塊的使用改造。

①該供電端子模塊由接口電路和輸出電路組成，接口電路接輸入端，輸出電路分為24V 或5V 兩種電壓輸出口。當(dāng)輸入端接通24V 直流電壓后，輸出電路24V 輸出口輸出24V 直流電壓，5V 輸出口輸出為0。②通過上述分析，切斷輸入端與接口電路、5V 輸出口與輸出電路的內(nèi)部電路連接，人為地用導(dǎo)線將5V 輸出口與輸入端連接。此時(shí)，當(dāng)輸入端接通5V 電壓后，5V 輸出口輸出5V 電壓。這樣一來，就解決了因增加KL9100 供電而引起的地址偏移問題。

步驟二：在41#、42#模塊間安裝供電端子模塊。

步驟三：完成供電線路改造。

參照FOCKE778 技術(shù)手冊(cè)上的BK2000 總線端子模塊的電氣參數(shù)，選擇型號(hào)為SH05-24F-5S（24V→5V）的電源轉(zhuǎn)換器。

3 結(jié)語

對(duì)FOCKE778 光纖系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)后，提升了設(shè)備的有效作業(yè)率，提高了設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)能，減少了設(shè)備的無效耗能。同時(shí)，停機(jī)次數(shù)的降低也減少了因設(shè)備再啟動(dòng)所產(chǎn)生的廢品剔除量，對(duì)企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的社會(huì)責(zé)任起到了積極促進(jìn)作用。