FOCKE778条盒包装机总线-BECKHOFF光纤系统的改进

周家超，高云鹏，苏家骅

（昆明卷烟厂，昆明650000）

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。

图1 FOCKE778 光纤系统回路图

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

图2 B 站点结构示意图

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]。

表1 42、43 号模块总线工作电压统计表

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。

表2 补偿供电后K-BUS 总线工作电压统计表

测试结果表明，42#、43#模块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。