摘 要：凹版印刷機(jī)集成型無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)是采用虛擬電子軸傳動(dòng)取代傳統(tǒng)機(jī)械主傳動(dòng)軸，徹底取消傳統(tǒng)套色系統(tǒng)所需的浮動(dòng)輥機(jī)構(gòu)，從而將傳動(dòng)與套色融為一體，直接作用于印刷版輥的一種自動(dòng)化伺服控制系統(tǒng)。該文介紹了無軸傳動(dòng)系統(tǒng)的分類和技術(shù)特點(diǎn)，并以貝加萊的PCC、ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)器和Ethernet POWERLINK實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)在該系統(tǒng)中的應(yīng)用為例，論述了該無軸凹印機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)方案。無軸傳動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，簡(jiǎn)化了機(jī)械的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了控制的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性，縮短了過料時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了凹印機(jī)的高精度、高印速和高套準(zhǔn)控制。 

1 引言

膠印、柔印、凹印技術(shù)三足鼎立，三種工藝各有所長(zhǎng),其中的凹印技術(shù)以其印刷色差小、印金效果好、印品無接縫、印材適用面廣、符合長(zhǎng)版活印刷等優(yōu)點(diǎn)而為人稱道。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，目前全球印刷企業(yè)用戶和設(shè)備生產(chǎn)廠商都將目光聚集于一項(xiàng)新興控制技術(shù)——無軸傳動(dòng)控制。尤其是應(yīng)用在凹版印刷機(jī)上，其優(yōu)勢(shì)更為突出。

傳統(tǒng)的機(jī)組式凹版印刷機(jī)依靠一根機(jī)械主軸通過渦輪蝸桿向各個(gè)印刷單元傳遞動(dòng)力，并以此來保證各色組版輥的運(yùn)動(dòng)同步，動(dòng)力來源于由矢量控制變頻器控制的三相異步電動(dòng)機(jī)，其傳動(dòng)精度差，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。印刷圖案的套準(zhǔn)控制則是通過控制專門的浮動(dòng)輥的運(yùn)動(dòng)，并通過控制張力以控制承印物的拉伸而實(shí)現(xiàn)的。我們將這種傳統(tǒng)的機(jī)組式凹版印刷方式簡(jiǎn)稱為有軸印刷，相應(yīng)地將另一種新型的印刷方式簡(jiǎn)稱為無軸印刷。

所謂無軸傳動(dòng)，就是采用虛擬電子軸取代傳統(tǒng)的機(jī)械主傳動(dòng)軸，并取消套色系統(tǒng)所需的浮動(dòng)輥機(jī)構(gòu)，而將傳動(dòng)與套色融為一體，直接作用于印刷版輥的一種伺服傳動(dòng)方式。

目前，用于凹印機(jī)的無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)分為兩個(gè)流派：其一是以日本住友、西門子、力士樂等公司為代表的“傳動(dòng)系統(tǒng)+套色系統(tǒng)”的復(fù)合式流派，另一個(gè)則是以貝加萊公司為代表的集傳動(dòng)與套色為一體的富有創(chuàng)新意義的集成式流派。該集成型系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔、高效以及成本的競(jìng)爭(zhēng)力。

2 無軸傳動(dòng)凹印技術(shù)的特點(diǎn)  

2.1 無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)的分類

無軸印刷傳動(dòng)技術(shù)在發(fā)展過程中形成了以下三種類型的系統(tǒng)：亞無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)、準(zhǔn)無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)和集成型無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)。

（1）亞無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)

僅僅去掉了傳統(tǒng)的機(jī)械主傳動(dòng)軸，每一印刷單元采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，保留了套色系統(tǒng)所需的浮動(dòng)輥機(jī)構(gòu)且完全獨(dú)立。由于傳動(dòng)和套準(zhǔn)控制系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性，控制上很難達(dá)到完全協(xié)調(diào)和穩(wěn)定，浮動(dòng)輥機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)仍然復(fù)雜，而且色組之間的過料長(zhǎng)度較長(zhǎng)，很難實(shí)現(xiàn)高速、高精度的印刷工藝。它是無軸控制系統(tǒng)的前身。

（2）準(zhǔn)無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)

不僅去掉了傳統(tǒng)的機(jī)械主傳動(dòng)軸，同時(shí)也去掉了套色系統(tǒng)所需的浮動(dòng)輥機(jī)構(gòu)，每一印刷單元采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以保證印刷版輥的速度同步。同時(shí)，由相對(duì)獨(dú)立的套色系統(tǒng)提供已經(jīng)處理的套色誤差信號(hào)，無軸傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合速度同步信號(hào)和套色誤差信號(hào)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作。它是亞無軸控制系統(tǒng)的發(fā)展。

（3）集成型無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用基于伺服控制技術(shù)的虛擬電子軸傳動(dòng)來取代傳統(tǒng)的機(jī)械主傳動(dòng)軸，徹底摒棄了套色系統(tǒng)所需的浮動(dòng)輥機(jī)構(gòu)，而將傳動(dòng)與套色融為一體，各個(gè)印刷單元均配置獨(dú)立的伺服電機(jī)及相應(yīng)的減速機(jī)構(gòu)對(duì)該單元的版輥獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，直接作用于印刷版輥。力求系統(tǒng)的完整性和統(tǒng)一性，有效地將張力控制、遠(yuǎn)程站點(diǎn)控制納入其中，由一套PCC統(tǒng)一控制。這是一種真正意義上的無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)，也是本文論述的主題。

2.2 無軸傳動(dòng)凹印機(jī)及其控制技術(shù)的特點(diǎn)

無軸和有軸的根本區(qū)別是版輥的傳動(dòng)方式不同，無軸各色組版輥的傳動(dòng)是各自獨(dú)立的，各單元之間的同步十分關(guān)鍵，這是保證印刷品質(zhì)的前提和基礎(chǔ)。在圖案套色控制上，無軸印刷是在保證各軸同步的基礎(chǔ)上，通過控制版輥的相位來實(shí)現(xiàn)的。

與傳統(tǒng)的機(jī)械主軸凹印機(jī)相比，采用集成型無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)組式凹印機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性好，過料長(zhǎng)度縮短20％，走料時(shí)間也相應(yīng)減少。

（2）高精度的預(yù)套準(zhǔn)和極短的預(yù)套準(zhǔn)時(shí)間

印刷版輥只需裝入任意印刷單元并初次確認(rèn)印版輥“零位”，隨后伺服系統(tǒng)將自動(dòng)根據(jù)色組間料長(zhǎng)來調(diào)節(jié)版輥相位，將其轉(zhuǎn)動(dòng)至“印刷位置”。伺服系統(tǒng)的定位精度可達(dá)0.001mm，重復(fù)精度為0.01mm，自動(dòng)預(yù)套準(zhǔn)的范圍可以嚴(yán)格控制到+/-10mm以內(nèi)。

（3）采用高性能控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)高精度、高印速、高套準(zhǔn)控制

該控制系統(tǒng)以PCC（即可編程計(jì)算機(jī)控制器）為核心，在控制伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)通信以及數(shù)據(jù)采集、處理等任務(wù)中，大大提高了效率，其處理速度和能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出行業(yè)內(nèi)其它類型的控制器，故它有能力很好地處理套色和同步傳動(dòng)的統(tǒng)一。

該系統(tǒng)采用Ethernet POWERLINK實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)通信的方式，使PCC、HMI、各控制站點(diǎn)、各伺服驅(qū)動(dòng)器之間的數(shù)據(jù)通信更加可靠、高速和實(shí)時(shí)。以總線的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O的配置和通信，節(jié)省了配線，并大大降低了系統(tǒng)的干擾和故障，使設(shè)備的維護(hù)簡(jiǎn)化。

用于版輥位置反饋測(cè)量的編碼器通過硬件倍頻可達(dá)到400萬線/轉(zhuǎn)的高分辨率，系統(tǒng)控制精度可達(dá)0.001mm。在高達(dá)600米/分的印刷速度下仍能達(dá)到比機(jī)械軸凹印機(jī)高得多的套準(zhǔn)精度，印刷實(shí)踐證明，該技術(shù)使套印精度由原來的0.1mm提高到0.05mm。

（4）特殊印刷工藝更易實(shí)現(xiàn)

無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)不需改變系統(tǒng)硬件配置即可通過軟件來實(shí)現(xiàn)各個(gè)印刷色組正印和反印的任意轉(zhuǎn)換。無軸傳動(dòng)對(duì)異徑涂布功能和定點(diǎn)涂膠功能的實(shí)現(xiàn)，較之傳統(tǒng)有軸凹版印刷更簡(jiǎn)單而又可靠。

（5）色組機(jī)的分組使用

無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)為多色機(jī)的分組使用提供了方便。即在某些色組正常作業(yè)時(shí)，用戶可為剩余色組提前做好訂單的裝版和勻墨工作。此外，用戶可依據(jù)生產(chǎn)需要將不參加作業(yè)的色組置于單動(dòng)停止?fàn)顟B(tài)，達(dá)到節(jié)能的效果。

（6）緊湊的工程設(shè)計(jì)和良好的工作環(huán)境

由于取消了機(jī)械傳動(dòng)軸和齒輪箱，因而傳動(dòng)噪音和維修保養(yǎng)工作量明顯減少，并留出了更大的空間用于操作及維修。各個(gè)印刷單元實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，節(jié)省了安裝和調(diào)試時(shí)間。

3 無軸凹版印刷機(jī)控制系統(tǒng)

集成型無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)方案立足于簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)和提高控制性能。

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成概述

型號(hào)不同的機(jī)組式凹版印刷機(jī)的色組單元個(gè)數(shù)是不同的，下面以一臺(tái)10色組單元凹版印刷機(jī)的控制系統(tǒng)為例，來說明凹印機(jī)無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成。

如圖1所示，該系統(tǒng)以B&R X20系列PCC為核心（CPU選用CP1486)，與上位操作監(jiān)控站（選用PP320觸摸屏作為HMI）、10套B&R ACOPOS multi伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和10套色標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)一起構(gòu)成基于Ethernet POWERLINK總線網(wǎng)絡(luò)的無軸凹印機(jī)控制系統(tǒng)。

圖1  機(jī)組式凹版印刷機(jī)無軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化原理圖

3.2 主要控制裝置和子系統(tǒng)

3.2.1 操作監(jiān)控站（HMI）

在無軸凹印機(jī)控制系統(tǒng)中，上位操作監(jiān)控站是操作人員與系統(tǒng)交換信息的唯一渠道，它實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)讀寫、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、故障提示和配方管理等功能。

B&R人機(jī)界面系列產(chǎn)品Power Panel 300 BIOS觸摸屏是一種集顯示操作和數(shù)據(jù)處理于一體的人機(jī)界面。該系統(tǒng)選用了一款面板屏幕尺寸為15英寸的嵌入式高檔人機(jī)界面，面板背部集成有Ethernet等通信接口，不僅具備人機(jī)界面通常所有的功能，同時(shí)還可以在其中裝入通用操作系統(tǒng)，如Windows XP、Windows CE等，開放的操作系統(tǒng)可以使該系列的觸摸屏作為一個(gè)SCADA系統(tǒng)的操作員站或遠(yuǎn)程的瘦客戶端，還可支持目前多種主流的圖形組態(tài)軟件，如Wonderware InTouch和組態(tài)王等，客戶可以根據(jù)自己的具體條件選擇合適的組態(tài)軟件以應(yīng)用于不同行業(yè)的項(xiàng)目開發(fā)。

3.2.2 X20系列PCC

X20系列PCC已成為高精度機(jī)械自動(dòng)化和高可靠性過程自動(dòng)化等復(fù)雜靈活自動(dòng)化項(xiàng)目的通用解決方案。其CPU是一款高性能的處理器，如采用Intel Celeron 650處理器的X20控制器，具備有附加的I/O處理器和浮點(diǎn)處理器FPU，系統(tǒng)單步指令周期最快可達(dá)到0.01us，任務(wù)循環(huán)周期可短至200us。X20 CPU支持多種通信協(xié)議，RS232、Ethernet、Ethernet POWERLINK和USB等通信接口已經(jīng)成為X20 PCC的標(biāo)準(zhǔn)配置。與B&R的其他系列控制器一樣，X20系列的控制器也使用B&R的Automation Studio™軟件平臺(tái)。

X20分布式控制的設(shè)計(jì)理念，可以使用CAN、Ethernet POWERLINK等多種總線把遠(yuǎn)程分布式I/O模塊方便地連接起來，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)控制技術(shù)和分布式I/O技術(shù)的完美結(jié)合。

X20系列PCC除能連接常規(guī)數(shù)字量和模擬量I/O模塊外，還可配置高速計(jì)數(shù)器、PWM、編碼器、NC等多種專家模塊。并且所有I/O模塊均支持熱插拔，每個(gè)通道均留有便于萬用表探針插入的測(cè)試維護(hù)孔，這是非常人性化的一種設(shè)計(jì)。

3.2.3 印刷版輥伺服驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)

B&R全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器ACOPOSmulti及伺服電機(jī)構(gòu)成了版輥伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，是該無軸凹印機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

ACOPOSmuti是B&R的新一代伺服驅(qū)動(dòng)器，一改原有伺服驅(qū)動(dòng)器單軸獨(dú)立供電的結(jié)構(gòu)形式，轉(zhuǎn)向更具專業(yè)水準(zhǔn)的共用直流母線集中供電模式和背板式緊湊安裝結(jié)構(gòu)。其高效的散熱結(jié)構(gòu)、集中供電單元和獨(dú)特的雙軸驅(qū)動(dòng)單元等技術(shù)有利于縮小多軸應(yīng)用的安裝空間，共用直流母線技術(shù)有利于多軸驅(qū)動(dòng)的負(fù)載均衡，加之可逆整流技術(shù)更有利于穩(wěn)定直流母線的電壓，并適應(yīng)更寬范圍的交流供電電壓，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，還能將多余的發(fā)電制動(dòng)能量直接回饋給電網(wǎng)，節(jié)能效果明顯。加上Ethernet POWERLINK高速實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和系統(tǒng)安全技術(shù)，完美地解決了集中或分布式多軸應(yīng)用的高速實(shí)時(shí)同步和安全運(yùn)行問題。

按習(xí)慣把對(duì)每一個(gè)電機(jī)回路的控制稱為對(duì)一個(gè)“軸”的控制。這樣，該系統(tǒng)的控制對(duì)象就是若干個(gè)既相互關(guān)聯(lián)而又相對(duì)獨(dú)立的軸。

其獨(dú)立性表現(xiàn)在每個(gè)“軸”獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，其控制模式是一致的，控制框架也基本相同。由PCC實(shí)現(xiàn)具體的工藝控制和數(shù)據(jù)處理。然后通過Ethernet POWRELINK總線和HUB口將數(shù)據(jù)傳送到各臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)印刷版輥的伺服電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器ACOPOSmulti中，伺服驅(qū)動(dòng)器則根據(jù)要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的分析處理，控制相應(yīng)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)各自的印刷版輥以實(shí)現(xiàn)同步控制。伺服電機(jī)的實(shí)際速度（位置）由其內(nèi)置編碼器反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器的編碼器信號(hào)分析卡，再由該編碼器卡將該信號(hào)反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，并由伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)其控制參數(shù)進(jìn)行必要的修正，形成內(nèi)閉環(huán)控制。

它們的關(guān)聯(lián)性表現(xiàn)在系統(tǒng)速度來源是統(tǒng)一的，即跟蹤當(dāng)前的印刷速度，各個(gè)軸反映在相應(yīng)的印刷版輥的線速度是相同的。這一關(guān)聯(lián)性也確保了系統(tǒng)傳動(dòng)的同步性。

套色時(shí)，通過光電眼將實(shí)際的套印誤差及時(shí)反映給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)該誤差信號(hào)快速處理并反饋給PCC，PCC則根據(jù)各個(gè)印刷單元的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況統(tǒng)一處理，調(diào)整印刷版輥的相位，從而實(shí)現(xiàn)套色。

3.2.4色標(biāo)識(shí)別及處理系統(tǒng)

包括色標(biāo)識(shí)別傳感器及信號(hào)處理系統(tǒng)，色標(biāo)信號(hào)經(jīng)傳感器識(shí)別及處理系統(tǒng)的初步處理后，輸入到ACOPOSmuti系統(tǒng)再進(jìn)行處理運(yùn)算。PCC的CPU模塊對(duì)識(shí)別的信號(hào)做高級(jí)別的算法處理后再傳輸給ACOPOSmuti伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制。

3.3 Ethernet POWERLINK總線及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.3.1 Ethernet POWERLINK總線技術(shù)

（1）概述

Ethernet POWERLINK通信技術(shù)是由貝加萊公司研發(fā)并推向市場(chǎng)的一種嚴(yán)格且具有確定性的實(shí)時(shí)通信軟件協(xié)議，它完全建立在工業(yè)以太網(wǎng)硬件的基礎(chǔ)上，而不依賴于其它特定硬件環(huán)境，并僅采用軟件協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的具有高實(shí)時(shí)特性的安全工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。當(dāng)前它可實(shí)現(xiàn)波特率為1Gbits/s的安全通信速率。POWERLINK不僅支持PCC、分布式I/O以及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的循環(huán)通信，同時(shí)也支持實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的非同步通信，并且專門為這一目的預(yù)留有部分網(wǎng)絡(luò)帶寬。

（2）技術(shù)參數(shù)（基于快速以太網(wǎng)100Mbit/s）

Ethernet POWERLINK的主要技術(shù)參數(shù)如下：

傳輸協(xié)議：標(biāo)準(zhǔn)快速以太網(wǎng)，IEEE802.3u

數(shù)據(jù)傳輸速率：100Mbps

支持的通信類型：同步數(shù)據(jù)、異步數(shù)據(jù)

每站點(diǎn)最大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量：1488byte

每個(gè)POWERLINK網(wǎng)絡(luò)最大站點(diǎn)數(shù)：240個(gè)

（3）Ethernet POWERLINK總線的通信原理

POWERLINK網(wǎng)絡(luò)中有兩種數(shù)據(jù)通信形式：

·周期性的

·非周期性的

POWERLINK循環(huán)：

采用SCNM (Slot Communication Network Management，時(shí)槽通信網(wǎng)絡(luò)管理) 技術(shù)解決了傳統(tǒng)的以太網(wǎng)CSMA/CD通信方式為解決數(shù)據(jù)沖突而引發(fā)的數(shù)據(jù)交換的不確定性問題。

SCNM規(guī)定POWERLINK網(wǎng)絡(luò)中由管理器節(jié)點(diǎn)（MN）統(tǒng)一分配時(shí)槽給各控制器站點(diǎn)（CN），并依次輪詢。MN以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式向CN發(fā)出訪問請(qǐng)求PollRequest，CN以廣播的方式向所有站點(diǎn)發(fā)出響應(yīng)信息PollResponse。   

循環(huán)周期如圖2所示。

圖2  POWERLINK的循環(huán)周期

一個(gè)POWERLINK循環(huán)包括一個(gè)循環(huán)頭（SoC-Start of Cycle），它被控制器用于同步操作，循環(huán)頭之后，管理器向第一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送一個(gè)傳送請(qǐng)求，相應(yīng)地它會(huì)收到一個(gè)傳送回應(yīng)，以此類推，在每一個(gè)循環(huán)中，所有的站點(diǎn)都會(huì)被訪問到。循環(huán)通信在一個(gè)循環(huán)尾（EoC-End of Cycle）終止，而后就是非同步通信時(shí)間，這時(shí)，管理器就向某個(gè)站點(diǎn)發(fā)送或者提示其發(fā)送數(shù)據(jù)。

其數(shù)據(jù)通信過程如圖3所示。

圖3  POWERLINK數(shù)據(jù)通信的過程

3.3.2 無軸凹印機(jī)控制系統(tǒng)中Ethernet POWERLINK的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

該凹印機(jī)控制系統(tǒng)的Ethernet POWERLINK網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及站點(diǎn)分配如圖4所示，這是一個(gè)基于Ethernet POWERLINK總線的星形網(wǎng)絡(luò)。

在該網(wǎng)絡(luò)中，貝加萊的X20系列PCC的CPU (CP1486) 模塊是中央處理單元，除PCC與操作監(jiān)控站的通信采用以太網(wǎng)(TCP/IP) 以外，PCC的CPU與各伺服驅(qū)動(dòng)器（ACOPOS multi）之間通過Ethernet POWERLINK總線和HUB實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，各伺服驅(qū)動(dòng)器之間的數(shù)據(jù)通信也基于Ethernet POWERLINK。 

在該Ethernet POWERLINK通信網(wǎng)絡(luò)中，CPU (CP1486) POWERLINK接口的站點(diǎn)號(hào)為00（MN），各伺服控制器的站號(hào)依次為01到10（CN）。

圖4 EtherNet POWERLINK的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.3.3 Ethernet POWERLINK在運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用

凹版印刷對(duì)數(shù)據(jù)響應(yīng)速度的要求很高，而Ethernet POWERLINK的高實(shí)時(shí)性和安全性正好滿足了這個(gè)要求。

在運(yùn)動(dòng)控制中，POWERLINK作為通信總線是透明的，不需要編寫任何的驅(qū)動(dòng)程序或通信程序，這些都是集成在系統(tǒng)中的，只要在項(xiàng)目中添加相應(yīng)的通信接口，并做相應(yīng)的Ethernet POWERLINK通信屬性的設(shè)置（如循環(huán)周期的設(shè)置），Ethernet POWERLINK的通信功能即可在系統(tǒng)中使用。開發(fā)者主要的工作則集中于運(yùn)動(dòng)控制軟件方案的規(guī)劃及控制方法的實(shí)現(xiàn)上。

各色組單元需要解決同步運(yùn)行問題，Ethernet POWERLINK總線為各軸電子齒輪的同步提供了實(shí)時(shí)、可靠而安全的數(shù)據(jù)通道。

3.4 單個(gè)印刷單元的伺服控制

圖5示出了單個(gè)印刷單元控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化原理圖（未表示出Ethernet POWERLINK總線的通信網(wǎng)絡(luò)連接）。每個(gè)印刷單元的伺服控制系統(tǒng)配置一臺(tái)B&R的ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)器（內(nèi)插AC114總線通信卡、AC120ENDAT編碼器卡、AC132色標(biāo)分析卡和AC130 I/O控制卡）、一臺(tái)內(nèi)置ENDAT編碼器、機(jī)械式制動(dòng)器和溫度傳感器的交流同步伺服電機(jī)以及電源開關(guān)、能耗制動(dòng)電阻、操作和信號(hào)電器等。

ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)器除引入三相AC380V電源作為控制電源外，還接入DC24V共用直流電源作為逆變電源。ENDAT編碼器的速度（位置）信號(hào)輸入至伺服驅(qū)動(dòng)器的AC120ENDAT編碼器卡；色標(biāo)信號(hào)經(jīng)色標(biāo)識(shí)別傳感器及其處理系統(tǒng)的初步處理，輸入到伺服驅(qū)動(dòng)器的AC132色標(biāo)分析卡再進(jìn)行運(yùn)算處理；單個(gè)印刷單元控制系統(tǒng)設(shè)有單動(dòng)-聯(lián)動(dòng)選擇、粗調(diào)-細(xì)調(diào)選擇、單獨(dú)運(yùn)行操作和對(duì)版操作以及相關(guān)運(yùn)行指示燈，有關(guān)輸入/輸出控制信號(hào)均接至插入伺服驅(qū)動(dòng)器的AC130 I/O控制卡。

該ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)器通過Ethernet POWERLINK總線網(wǎng)絡(luò)接受X20 PCC的 CPU的運(yùn)動(dòng)控制指令并向其傳送由編碼器反饋的運(yùn)動(dòng)位置數(shù)據(jù)和其它有關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)則通過ENDAT編碼器的反饋信號(hào)構(gòu)成內(nèi)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，精確地執(zhí)行控制指令所規(guī)定的運(yùn)動(dòng)軌跡。

圖5  單個(gè)印刷單元控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化原理圖

3.5 無軸凹印機(jī)控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)

3.5.1 Automation Studio™集成一體化軟件平臺(tái)

該系統(tǒng)使用B&R的Automation Studio集成一體化軟件平臺(tái)，這種能實(shí)現(xiàn)從控制、顯示到通信任務(wù)的集成開發(fā)軟件能夠滿足各類自動(dòng)化任務(wù)的需求。該軟件平臺(tái)支持B&R的全系列控制產(chǎn)品，包括HMI、PCC、X20 I/O和伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件開發(fā)。

Automation Studio™ 的系統(tǒng)配置工具支持應(yīng)用于Ethernet POWERLINK和X2X Link系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O模塊，簡(jiǎn)單統(tǒng)一的I/O分配使得I/O系統(tǒng)的快速更換成為現(xiàn)實(shí)；控制數(shù)據(jù)、配置參數(shù)和類似的參考數(shù)據(jù)均可在應(yīng)用軟件中讀取，并存貯于讀卡器、軟盤或DiskOnKey等USB大容量存貯設(shè)備上；可以在裝入PCC CPU的Automation Runtime操作系統(tǒng)中對(duì)全新的Compact Flash卡進(jìn)行分區(qū)并格式化。

Automation Studio™ 的編程支持幾乎所有的標(biāo)準(zhǔn)語言，包括Automation Basic、 ANSI-C等高級(jí)語言，以及符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的梯形圖（LAD）、指令表（IL）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）、順序功能圖（SFC）和數(shù)據(jù)模塊編輯器以及數(shù)據(jù)類型編輯器。

無論是簡(jiǎn)單的邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，還是通訊協(xié)議的編程和復(fù)雜的控制算法，都可作為標(biāo)準(zhǔn)的功能塊集成在Automation Studio™中，此外還可創(chuàng)建和管理自定義的功能塊。

使用Automation Studio™ 軟件可實(shí)現(xiàn)在線語言切換、報(bào)警管理、配方管理、觸摸屏和功能鍵操作、自由編程與高級(jí)語言支持、快速頁面切換、直接讀取I/O和變量和整個(gè)系統(tǒng)的可視維護(hù)等功能。所允許的畫面及程序量多少僅與內(nèi)存容量有關(guān)。

3.5.2應(yīng)用軟件開發(fā)策略

在系統(tǒng)硬件配置完成后，根據(jù)工藝要求在Automation Studio™軟件平臺(tái)下主要使用ANSI-C語言進(jìn)行主干應(yīng)用程序的開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。該控制系統(tǒng)在編程中共分為三個(gè)循環(huán)任務(wù)層來編寫：

在第一個(gè)循環(huán)層內(nèi)，共完成以下六個(gè)任務(wù)：與伺服控制系統(tǒng)的通信、過程控制、印刷單元控制、套色系統(tǒng)控制、張力控制和張力I/O的處理；

在第二個(gè)循環(huán)層內(nèi)，主要完成站點(diǎn)控制；

在第三個(gè)循環(huán)層內(nèi)，主要完成人機(jī)界面的組態(tài)和編制。

對(duì)于以上三個(gè)循環(huán)層內(nèi)的任務(wù)，PCC是按其分時(shí)多任務(wù)管理的模式來進(jìn)行處理的。

4結(jié)束語

無軸凹版印刷是集版輥傳動(dòng)和套色控制于一體的印刷方式。版輥的獨(dú)立，雖然使得控制更加復(fù)雜，但凹印機(jī)的印刷靈活性、可操作性以及自動(dòng)化水平都得到了提高，從而能更好地適應(yīng)當(dāng)今印刷行業(yè)復(fù)雜生產(chǎn)工藝的要求。

無軸凹版印刷機(jī)的投入市場(chǎng)，為煙包、裝飾紙印刷、瓦楞紙印刷、塑膜印刷等行業(yè)的廣大客戶提供了品質(zhì)優(yōu)良的新型技術(shù)裝備，使其在印刷合格率、印刷精度、機(jī)器性能、操作人性化和節(jié)約成本等方面都得到了顯著提高，并實(shí)現(xiàn)了安全和環(huán)保生產(chǎn)。