嵌入式IPC在卷烟机电控系统设计中的应用

1、嵌入式 IPC 在卷烟机电控系统设计中的应用摘 要嵌入式工业个人计算机( Industrial Personal Compute, IPC)作为工业领域常用的控制器， 因其价格相对低廉、环境适应性好已经被广泛应用在 各行各业之中。当前国内卷烟机电控系统绝大多数是 以“ PLC+高速处理板卡”作为系统架构，尽管能够提 高烟草生产企业的生产效率，但是普遍存在着稳定性 差的问题，为其安全生产工作带来了较大压力。基于 此现状，本文着重对嵌入式 IPC 在卷烟机电控系统设 计中的应用展开分析，以为烟草企业卷烟机电控系统 升级提供帮助。【关键词】工业个人计算机 卷烟机 电控系统 为了提高卷烟机电控系统的稳

2、定性，采用嵌入式 IPC 已经成为卷烟机电控系统升级改造的重要前行方 向。本文针对该课题所展开的研究将从基于嵌入式 IPC的卷烟机电控系统的总体架构以及软件架构两方 面加以论述。同时，本文还选取了目前国内普遍采用 的ZJ18与ZJ19两种机型做比对，以检验该系统的应 用效果与价值。1 基于嵌入式 IPC 的卷烟机电控系统总体架构IPC 产品中比较知名的有德国的西门子、日本的 contec等，但是其价格相对较为高昂，无法在我国烟 草企业广泛推广使用。所以本文选取了国产研华工控 机 IPC-610L 作为基于嵌入式 IPC 产品。该产品采用底 板 +CPU 卡结构，最多能够扩充至 20 个板卡，可

3、以有 效利用ISA与PCI及PICMG资源，兼容多种操作系 统、多种语言汇编以及多重任务操作等。在电控系统 应用过程中与烟草生产企业烟支质量检测传感装置、 烟支重量传感装置、伺服驱动器、安全系统、以及各 个 I/O 接口，通过总线布局来与其他 DP 主站相连接， 从而及时接收到各个主站收集到的生产信息。在数据 传输方面则是采用外部总线(external buS作为交换 的总线。各个传感装置所收集的数据信息统一经由总 线传输至嵌入式 IPC 的卷烟机电控系统之中，在高效 率的中央处理器以及运行程序支持下进行有效处理， 随后将命令指令传输至各个传感装置以执行相应的操 作。由于高速处理板卡在信号输入

4、输出以及总线信息 的传递方面稳定性相对较差，因而本文采用的嵌入式 IPC取消了该板卡，转而以极速控制技术(extreme Fast Control，XFC )支持的超采样模扳超级采样抗锯齿来 实现相应的功能以及各种指令的传输工作。该方案设 计的好处在于烟草企业卷烟机长期处于高速运转状 态，过多的生产信息以及各个传感模块采样信息都需 要通过总线总线进行传输。高速处理板卡的存在与应 用必然会造成传感模块采样周期的延长，并且在信息 传递过程中精度以及分辨率无法得到有效保障。而嵌 入式 IPC+XFC 则能够有效回避该问题， 特别是在繁琐 的生产任务中能够兼容高性能的中央处理器以及其所 使用的运行算法

5、，相互之间不会产生冲突与影响，进 一步提高了基于嵌入式 IPC 的卷烟机电控系统运行稳 定性及高效性。2 基于嵌入式 IPC 的卷烟机电控系统软件架构 基于嵌入式 IPC 的卷烟机电控系统软件架构在此 次研究设计中主要分为以下四部分内容：2.1 TASK-100ms 该任务主要是针对的机器语言程序( Machine Language Program，MLP )信息更新以及卷烟机高速 阀点时间的设置而设定的功能程序。通过在操作界面 中输入相关信息， TASK-100ms 则会及时做出反应， 调整高速阀点火时间，并且及时跟新 MLP 消息状态。2.2 TASK-10msTASK-10ms 则是涵盖

6、了烟草企业卷烟机常规的 逻辑控制、各种生产参数的更新、高速信号处理的初 始化、卷烟机因故障而做出的停机处理、 DP 总线诊断 等。2.3 TASK-4ms 该软件架构主要针对的是各个传感模块，如：烟 支质量检测传感装置、烟支重量传感装置、伺服驱动 器、安全系统等信号的采集以及传输。通过该架构能 够及时收集到卷烟机运行过程中的各种数据信息，并 将其及时传递至中央处理器加以处理以判断系统运行 状态。2.4 TASK-1ms其任务目的在于实现 TASK-4ms 汇总收集的高速 信号处理，通过嵌入式 IPC 中央处理器对相应信号做 出检测，辨别是否存在异常信号和异常信号发生环节， 继而及时做出预警。而

7、高速信号的更新则是采用双倍 长烟支时钟脉冲(Double Clock Pulse, DCP)予以进 行。3 基于嵌入式 IPC 的卷烟机电控系统应用效果测 试在整个系统完成设计之后,为了进一步验证其应 用效果,本文选取了当前国内烟草企业普遍使用的 ZJ18与ZJ19两种机型作为比对对象，上述两种机型 均采用了“ PLC+高速处理板卡”作为系统架构。三台 机器在经过连续 48h6 个班组运行与使用之后其测试 结果如下： ZJ18 利用率 85%、效率 90%、停机次数 18 次、废品率 0.85%；ZJ19 利用率 79%、效率 89%、 停机次数 25 次、废品率 1.33%；而本次基于嵌入式

8、 IPC 电控系统的卷烟机利用率 91%、效率 93%、停机次数8 次、废品率 0.45%，各项指标均优于其他两型机器。 结果最终证实，基于嵌入式 IPC 的卷烟机电控系统具 有较高的应用价值，值得我国烟草企业加以推广使用 以提高稳定性相对较差的“ PLC+高速处理板卡”架构 类型的卷烟机。4 结论综上所述，本文此次研究基于嵌入式 IPC 的卷烟 机电控系统经实验检验最终证实，该系统具有良好的 稳定性，无论是信号的采集还是处理方面均优于当前 国内所普遍采用的系统型号，能够满足烟草企业生产 所需，值得加以推广使用。参考文献1 刘博文新型高速卷烟机的诊断和应用J.中国科技信息， 20 1 5， 1 0（02）： 1 58- 1 59 .2 王晖基于嵌入式IPC的卷烟机电控系统设计J