网络式无轴驱动凹印机控制系统

一、 概述
随着计算机技术、信息网络技术以及触摸式电脑屏人机界面控制技术的迅猛发展，在印刷包装设备上正获得广泛地应用。近几年来，使印刷机的智能化、网络化、自动化控制更加先进和更加完善，印刷速度和套准精度愈来愈高。印刷设备正向机电一体化、控制智能化、网络化及“三高“总目标---高速、高效、高质量方向迈进。
瑞士纸发公司生产的WIFAG370型网络式高速无轴驱动多色印刷机就具有21世纪的先进水平。它采用典型的三层网络结构，分为独立控制层、组合控制层和生产信息管理层。独立控制层由PLC AC110网站和MPS Fieldbus 、ArcNet、SERCOS环路、Modbus等组成，完成印刷机、控制系统、电动机、控制面板之间的数据交换和操作过程的自动化。PLC AC110网站中的模块C1671作为主站的控制，既能准确完成位置、张力、墨量和开关等传感器及执行装置的状态、信息等的采集和控制；又能确保各印刷单元独立驱动的伺服电机同步控制。组合控制层将整个PLC网络通过Adavnt Fieldbus连成局域网络，并在主控计算机的控制下实现共享网络数据库，完成印刷过程的控制和管理。生产信息管理层则完成产品规划、生产准备、工作编排、系统运行参数的预置以及打印出生产过程的数据报表等等
该设备集成了三层网络、四种现场总线和六种通信协议等先进技术，因而大大提高了印刷速度和套准精度、改善了诊断、增加了处理数据总量，并可靠地实现了大范围的高速实时信息集成和优化控制。它将现代工程的系统论、信息论、控制论和智能论融为一体。由此可以看出，在继彩色数字印刷机（包括无版印刷机和有版DI数字印刷机）之后，凹印设备数字化、网络化时代已经到来，它势必给印刷业带来又一场重大变革。
另外，国内北京高威科电气技术有限公司也率先应用信息网络技术，成功开发了4色网络式印刷机电控系统。该系统由1个主通信控制站，9个变频器，3个伺服电机，9个步进电机，22个远程I/O单元，以及1个挂在总线上的人机界面组成。它通过一台A2ASCPU进行主站控制，通过各色组的CC-Link远程I/O模块，执行输入及输出逻辑的处理，给纸及收纸由独立的FX2N-CPU处理各自的逻辑控制，相关的信息通过CC-Link网络返回主站，由主站协调各色组，主站同时返回互锁信息，由给纸及收纸CPU进行处理。系统的特点是由于采用CC-Link网络通讯，在一个变频器、各色组、给纸及收纸也可实时的送回故障信息及报警资料，再由人机介面显示相关内容及处理方法，大大方便了操作、简化了维护。　
最近，佛山市飞友自动化技术有限公司与国防科学技术大学联合研究和攻关，正在极积开发网络式无轴驱动凹印机控制系统。该系统突出的特点是：（1） 系统采用先进的网络化控制方案：将计算机主从式网络化控制技术和无轴驱动技术有机的结合在一起，不但使主计算机和端点控制器之间通过网络实现双向数据传输，而且以“电子轴”代替了传统印刷机上的“机械轴”，从而实现了网络式数字化套色控制，因此将大大简化机械装置的复杂程度，提高套色控制精度和系统的可靠性；（2） 系统采用触摸屏式张力数控系统：系统采用PLC可编程控制器整机控制，触摸式电脑屏人机界面操作，系统自动化程度高，操作简便，实用美观，全方位参数设置，具有可操作性、高速稳定性和耐久性等优点。
网络式无轴驱动凹印机控制系统大致可分为整机程序控制、套色控制、张力控制和其他控制四部分。本文仅对网络式数字化套色控制和触摸屏式张力数控系统作简略介绍。
二、网络式数字化套色控制系统
网络式数字化套色控制系统主要由计算机、运动控制器、光电传感器、零位传感器、套色伺服电机等构成，用于实现对凹印机的印前对版和自动套色功能。其构成如图1所示。

系统采用主从式网络化控制方案，将计算机主从式网络化控制技术和无轴驱动技术有机的结合在一起，不但使主计算机和端点控制器之间通过网络实现双向数据传输，而且以“电子轴”代替了传统印刷机上的“机械轴”。计算机是系统的核心，可以通过网络与各端点控制器进行数据交换，并据套色偏差和套色控制模型，实现套色电机之间的协调控制和状态监测。端点控制器可以接收光电信号和脉冲编码器信号，并实现对伺服电机的控制。光电传感器用于检测套色偏差，伺服电机可实现版辊回转位置的精确控制。该系统的主要优点是：
1．网络化控制方案，使主计算机和端点控制器之间通过网络实现双向数据传输，既提高了系统套色控制的灵活性，降低了控制系统的复杂程度，制造、安装、维护方便。正因为如此，嵌入式软件只设计了系统设置、印前对版、印刷控制和状态监测四个程序模块。与传统的套色控制系统相比，大大减少了现场设备之间联线的数量，既使整个系统的可靠性增加，又使得控制系统的控制集中在系统嵌入式软件方面，使控制系统的制造、安装和维护的复杂度大大降低。
2．伺服电机直接与版辊轴相连，套色控制精度高。传统的凹印机是由主电机、主传动轴、蜗轮蜗杆传动机构带动各印刷单元版辊一起张转动，套色偏差主要通过带动各印刷单元的套色调节导辊垂直上升或下降，调节版辊间承印物料的长度，使套色偏差趋近于零以实现套色控制。其主要问题是机械传动环节多，制造安装调试复杂，传动精度难以保证，从而影响套色精度。在本系统中各版辊分别由伺服电机控制，由主计算机据套色偏差和套色控制模型实现数字化套色控制，以“电子轴”代替了传统印刷机上的“机械轴”，大大降低了系统机械装置的复杂性，即具有印前对版功能，又提高了系统的套色精度和自动化程度。
三、触摸屏式张力数控系统
本设备张力控制采用四段统一控制方式的全闭环自动张力数控系统。机器由PLC可编程控制器整机运转控制,人机界面采用HITECH触摸屏进行运转参数设定和显示,放卷、放卷牵引、收卷牵引、收卷采用主控制柜协调集中控制和操作。四段张力即指放卷张力，放卷牵引张力，收卷牵引张力，收卷张力等四部分张力。所有四段张力均通过矢量电机来实现张力自动控制。在收料单元操作盘上装有HITECH 触摸屏，可进行速度、张力、卷径等参数的设定，还可随时显示速度、张力等参数情况。另外，操作人员可在机器的任何部位进行启动、加速、减速或停止操作，操作非常便利。在放料、收料墙板上除装有张力控制操作盘外，还装有整台机器启动、停止及紧急停止开关。由于采用矢量电机收料,控制的速度范围较宽,无论在低速还是高速都具有良好的性能,可实现锥度张力控制,收卷效果极佳。