圖1所示為一臺典型的國產(chǎn)四色膠印輪轉(zhuǎn)印刷機的示意圖。圖1中，印刷機組由4個B-B印刷滾筒垂直排列。多色膠印輪轉(zhuǎn)機是一種復(fù)雜控制、精度要求極高的設(shè)備，為保證套印精度，對各個印刷滾筒的轉(zhuǎn)速精度、位置精度和同步性能要求非常高，早期的印刷機是采用一個主電機來帶動各個印刷滾筒，各印刷滾筒和主電機間用一根主傳動軸進行鋼性聯(lián)接，這種方式通常稱為有軸式的輪轉(zhuǎn)機。由于傳動軸的存在帶來了諸如體積大、造價高、占地大、不靈活等一系列問題。
所謂無軸傳動就是用電機直接驅(qū)動印刷滾筒，取代了傳動齒輪、軸傳動，從而使機器的制造、安裝、保養(yǎng)更簡單，減少了機械故障。由于使用了無軸傳動技術(shù)，各滾筒和印刷單元由獨立電機控制驅(qū)動，滾筒和印刷單元之間的同步由電氣控制，操作使用容易，而且暫時不用的印刷滾筒及印刷單元也可方便地離合。
采用無軸無齒輪傳動技術(shù)。每個印刷滾筒都獨立驅(qū)動，運用最新的伺服電機和數(shù)字技術(shù)，能充分保證橡皮滾筒和印版滾筒之間的同步運轉(zhuǎn)要求。
圖1所示的設(shè)備，可以每個H印刷單元配置一個伺服電機獨立控制，折頁傳動也無軸技術(shù)，折頁滾筒和無頭輥各有一個伺服電機獨立驅(qū)動。
多軸同步伺服傳動系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)總體框圖如圖2所示。圖2中:
人機接口采用一個觸摸屏，負(fù)責(zé)整個設(shè)備與操作人員間的交流。
圖1 典型的國產(chǎn)四色膠印輪轉(zhuǎn)印刷機的示意圖
上位機計劃采用一臺臺灣研華的P4級工業(yè)控制計算機，主要負(fù)責(zé)設(shè)備的總體控制、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲、加載、設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控等功能。
PLC作為實際的執(zhí)行環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)將上位機的相應(yīng)的控制信息轉(zhuǎn)換為一系列的可執(zhí)行的操作和動作，并實時控制系統(tǒng)的運行。
虛擬主軸采用一臺同步控制器，采用雙DSP的結(jié)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)根據(jù)PLC傳過來的控制指令生成相應(yīng)的虛擬主軸的運行狀態(tài)，并根據(jù)其狀態(tài)控制各伺服系統(tǒng)的相應(yīng)的運行狀態(tài)，并負(fù)責(zé)各伺服系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控，實時將伺服系統(tǒng)的相關(guān)的運行狀態(tài)的信息回傳給PLC。
伺服系統(tǒng)主要由交流伺服驅(qū)動器、交流伺服電機、編碼器、通訊端口等組成，主要任務(wù)是根據(jù)從虛擬主軸傳送過來的控制指令，控制自身的運行姿態(tài)，保證各組間的轉(zhuǎn)速和相位的同步。
張力控制系統(tǒng)根據(jù)虛擬主軸的控制指令以及張力的設(shè)定值和檢測值，經(jīng)相應(yīng)運算，生成給紙機構(gòu)的運行控制指令，控制給紙伺服系統(tǒng)的工作姿態(tài)，從而保證印刷的精度和速度。
由PLC控制的其它功能，如拉版控制、離合壓控制、水墨控制等控制功能均采用印刷機原有控制方式和設(shè)計，在此不加描述。
伺服傳動系統(tǒng)的原理
本系統(tǒng)共配置6臺伺服系統(tǒng)，如圖2所示，其中系統(tǒng)1、2控制折頁部分、系統(tǒng)3、4、5、6各控制一組H印刷單元的2個B-B印刷滾筒。
圖2 系統(tǒng)總體框圖
各伺服系統(tǒng)的組成如圖3所示:
圖3 伺服系統(tǒng)的組成
圖3中:
總線接口采用SERCOS總線協(xié)議;該模塊負(fù)現(xiàn)接收虛擬主軸下傳送的運行速度指令及相位同步信號，并回傳本伺服系統(tǒng)的當(dāng)前運行頻率、相位以及本系統(tǒng)的工作狀態(tài)信號等;
伺服電機采用三相交流異步伺服電動機，電機軸安裝高精度編碼器，輸出軸經(jīng)減速齒輪(減速比2:1)連接到各印刷滾筒伺服驅(qū)動器的的系統(tǒng)原理框圖如圖4所示;
圖4 伺服驅(qū)動器的的系統(tǒng)原理框圖
驅(qū)動單元采用矢量控制方式, 以高速數(shù)字信號處理器DSP 為核心, 以大規(guī)模專用集成電路、高速功率模塊作為實現(xiàn)電路, 使驅(qū)動單元具有體積小、重量輕、運算速度高、位置控制定向時間短、易于高速準(zhǔn)停等諸多優(yōu)點。該驅(qū)動單元能接受數(shù)字速度給定, 也能接受模擬速度給定, 具備過流、過壓、過載、欠壓、過熱、過速等多項保護的監(jiān)控和診斷功能, 具有通訊功能, 準(zhǔn)停參數(shù)及運行參數(shù)設(shè)置既可以通過PC 機預(yù)置也可以手動輸入, 設(shè)計緊湊, 使用方便。
編碼器采用一臺2的20次方精度的增量式光電編碼器。
當(dāng)印刷機工作于最高速度45000 sph(sheets per hour,頁/小時)時，對應(yīng)于印刷滾筒的轉(zhuǎn)速為 750r/min，由于電機軸到印刷滾筒有一個2:1的減速，則要求伺服電機的最高轉(zhuǎn)速為:
750×2=1500r/min
印刷滾筒直徑為173.8 mm，周長為L=173.8×π=546mm。
編碼器采用一臺2的20次方精度的增量式光電編碼器，加之電機輸出到滾筒有一個2:1的減速比，檢測環(huán)節(jié)的分辨率為:
或者:
虛擬主軸與現(xiàn)場總線
有軸式的輪轉(zhuǎn)機中采用一臺主電機帶動一個主軸，各個機組通過機械傳動機構(gòu)與主軸相連，用機械的方式實現(xiàn)多個印刷機組之間的運轉(zhuǎn)速度與相位的同步。
本方案中取消了機械主軸，而代之以一個虛擬的電子主軸，由虛擬主軸控制器(以下簡稱VMC)虛擬出一個主軸的運行狀態(tài)，再通過高速現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)將虛擬主軸的運行狀態(tài)傳送給各個伺服系統(tǒng)，各個伺服系統(tǒng)各自組成閉環(huán)，精確控制自身的運行姿態(tài)，在VMC的同步信號的控制下，實現(xiàn)運行速度與相位的高速精確同步，從而構(gòu)成一個高速精密的主從型伺服控制系統(tǒng)。
VMC采用雙CPU的結(jié)構(gòu)，采用高速信號處理器TMS320F2812,VMC的功能框圖如圖5所示。
圖5 VMC的功能框圖
同步信號的傳輸以及虛擬主軸控制器與各伺服系統(tǒng)間的信息交換采高速現(xiàn)場總線(SERCOS)完成。
要求兩個從站的速度相同，即角速度和相位相同。如果有一個從站不同步，隨著時間增加，兩個從站的同步誤差就會累積，從而不能滿足高速印刷的要求。采用SERCOS無軸傳動和獨立的定位控制，能夠解決這個難題。當(dāng)出現(xiàn)不同步時，從站發(fā)送伺服電報，把它的相關(guān)信息傳送給主站，主站數(shù)據(jù)電報就將對相應(yīng)的傳動裝置進行新的設(shè)定，發(fā)送給從站，從站接收數(shù)據(jù)后根據(jù)主站的設(shè)定改變其速度和相位，從而始終保證同步誤差維持在允許的范圍內(nèi)，不再進行累加，保證了高速印刷同步的要求。
結(jié)語
由多軸同步伺服傳動控制技術(shù)構(gòu)成的無軸傳動印刷機，與采用一臺主電機拖動的有軸式傳動的印刷機相比，其生產(chǎn)能力和印品加工質(zhì)量有較大提高，系統(tǒng)配置的靈活性增加，操作簡單，生產(chǎn)成本降低，系統(tǒng)工作更加安全可靠。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
|
|
|
|
|
|
|
|