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

        2019-11-27 08:47:56周家超高云鵬蘇家驊
        中小企業(yè)管理與科技 2019年31期
        關(guān)鍵詞:信號

        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為分布于機器各部分的站點。每個站點由一個總線耦合器和若干的模擬量、數(shù)字量輸入/輸出模塊組成。各站點的連接實際上是將各站點中模塊的電信號,通過總線耦合器轉(zhuǎn)換為總線的光信號,再通過光纖將各站點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)備使用時間長,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,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個模塊。5V 電壓經(jīng)過每個模塊后,都略有下降,由于使用時間較長,經(jīng)過每個模塊后的壓降也相應(yīng)的增加。

        1.3 導(dǎo)致電壓問題的原因

        圖2 B 站點結(jié)構(gòu)示意圖

        上文所述,烙鐵溫度下降和主電機速度信號傳遞出現(xiàn)問題,從烙鐵溫度信號和主電機速度信號輸入模塊開始分析,如圖2所示,42、43 號模塊分別為烙鐵溫度信號和主電機速度信號輸入模塊,上述兩個信號通過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,K-BUS 通訊是否正常,我們在5 臺FOCKE778 發(fā)生烙鐵溫度下降和主電機速度無法調(diào)整時,對42、43 號模塊K-BUS 總線工作電源1、2 間電壓進行了測量,結(jié)果如表1所示,42、47 號模塊的供電電壓大大低于正常值范圍5V (-5%/+10%)。為什么電壓會不足5V呢?為此,我們在測量42、47 號模塊后,還對B 站點的總線耦合器BK2000 模塊上K-BUS 總線工作電源輸出以及隨機抽取的10、20、30 號模塊1、2 間電壓進行了跟蹤測量,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[1]。

        表1 42、43 號模塊總線工作電壓統(tǒng)計表

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

        ①模擬量模塊。模擬量模塊44-47 分別為兩個負(fù)壓風(fēng)機和兩個正壓風(fēng)機溫度熱敏輸入點,由于都是小負(fù)載電機,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范圍離超溫報警值很遠(yuǎn),故±1V 電壓波動并不會使得44-47 號模塊的信號進入停機范圍。②數(shù)字量模塊。數(shù)字量信號只有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,此時存在5V 信號降低被認(rèn)為是“0”的情況,但是,工作電壓只下降至正常值的80%,輸出信號只要高于:2.3V÷80%=2.875V,就不會被系統(tǒng)誤認(rèn)為是“0”信號。

        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號模塊K-BUS 總線的工作電壓呢?

        通過加大對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,因為對于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隨輸入電壓有明顯的變化,而且BK2000 輸出電壓大幅增加也會使得靠近BK2000的模塊有燒毀的隱患。

        那么,能不能直接對電壓不足的42、43 號模塊進行供電呢。這是兩個直流穩(wěn)壓電源并聯(lián)的問題,兩個電源完全一致是不可能的,所以兩個直流電源并聯(lián)時,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)載時嚴(yán)重,但是此處負(fù)載較高,由上述測量結(jié)果可知,所增加電源的位置,電壓值在增加前絕對不可能達到5V,故所加電源不會成為回路的負(fù)載,同理,BK2000 也不會成為所贈電源的負(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,再次測量42、43 號模塊K-BUS 總線工作電壓,如表2所示。

        表2 補償供電后K-BUS 總線工作電壓統(tǒng)計表

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

        2.2 硬件實現(xiàn)

        雖然效果明顯,單獨添加5V 供電電源,但簡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,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產(chǎn)生較大的勞動量,而且風(fēng)險極大,因此,我們通過以下過程來實現(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,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)手冊上的BK2000 總線端子模塊的電氣參數(shù),選擇型號為SH05-24F-5S(24V→5V)的電源轉(zhuǎn)換器。

        3 結(jié)語

        對FOCKE778 光纖系統(tǒng)進行改進后,提升了設(shè)備的有效作業(yè)率,提高了設(shè)備單位時間內(nèi)的產(chǎn)能,減少了設(shè)備的無效耗能。同時,停機次數(shù)的降低也減少了因設(shè)備再啟動所產(chǎn)生的廢品剔除量,對企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排的社會責(zé)任起到了積極促進作用。

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