安川運動控制系統(tǒng)在間歇式印刷機上的應(yīng)用

自從發(fā)明了活字印刷術(shù)以來,印刷技術(shù)經(jīng)歷了幾千年的發(fā)展，已趨于成熟。但隨著工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展,印刷機的控制技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，越來越向數(shù)字化發(fā)展。而自動控制系統(tǒng)的使用使復(fù)雜的印刷工藝變得簡單精確，并且越來越多的機械部分也由電氣系統(tǒng)所取代。下面將介紹一下安川運動控制系統(tǒng)在無軸間歇式印刷機上的應(yīng)用。

印刷軸與拖料軸之間的動作關(guān)系如圖2所示。各印刷軸沒有傳動螺桿連接,各自進(jìn)行獨立運行，由于印刷模板長度的限制，不能進(jìn)行滿版印刷,印刷軸以一定速度單方向勻速運轉(zhuǎn),當(dāng)印刷版開始接觸紙張(圖2a)時,紙張與印刷軸線速度相等(圖2b)，且方向相同,開始印刷。當(dāng)印版印刷動作結(jié)束時(圖2c),即紙張與印刷版脫離運行時,紙張開始減速停止并反方向運行一段距離(圖2d)。當(dāng)印版再一次與紙張接觸開始印刷時,紙張保持與印刷滾筒線速度相同方向相同，這樣在印版與紙張接觸時始終保持印刷軸與紙張的同步關(guān)系,當(dāng)印刷軸與紙張脫離時紙張作回退動作時，在整個動作過程中兩拖料軸始終同進(jìn)、同退保持同步。通過在印刷軸空版時紙張的回退,相鄰的印刷圖案可以精密地排列,節(jié)省了紙張，所以半輪轉(zhuǎn)印刷在一些窄幅印刷機上應(yīng)用很普遍。

電氣原理
應(yīng)用在這種印刷機上的電氣系統(tǒng),首先,由于采用無軸印刷,各印刷軸之間沒有機械連接,所以得保證若干印刷軸之間高精度同步運轉(zhuǎn),從而保證多種色彩之間套色精準(zhǔn)。其次,由于作間歇式印刷動作,兩拖料軸不僅要同步運行,還要根據(jù)印刷主軸的位置作前進(jìn)與回退動作，這就要求上位控制器擁有高速和復(fù)雜的運算能力。普通的PLC已經(jīng)很難達(dá)到這樣的要求，除此之外,要保證印刷機可以高速、高效率的工作,高響應(yīng)性的電機也是必不可少的。

系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。在該系統(tǒng)中作為上位機的安川MP2300運動控制器是一款集多種功能于一身的高速高性能控制器,最多可以控制48根軸,可以根據(jù)具體要求選用不同的控制模塊以實現(xiàn)各種功能?？梢赃M(jìn)行定位、恒速進(jìn)給、插補、扭矩控制和相位控制，還具有齊全的通信功能,具備RS232、RS485、RS422、Ethernet、DeviceNet、Profibus等通信協(xié)議。另外,還具備發(fā)脈沖和模擬量信號的功能。除此之外MP2300也可以接收外部編碼器信號進(jìn)行計數(shù)，對于要進(jìn)行復(fù)雜運動的兩拖料軸來說,安川高響應(yīng)型的伺服電機完全可以滿足要求,這款電機具有高響應(yīng)頻率.最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到5000r/min。
在各電氣設(shè)備的通信中,安川MP2300運動控制器采用MECHATROLINK-Ⅱ高速現(xiàn)場總線(通信速率為10Mbps)與各軸伺服電機進(jìn)行通信。從而大大縮減了通信線路,實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化的連接，同時也減小了受干擾的可能性。通過RS232/RS485連接的觸摸屏作為人機界面，通過RS232/Ethernet等與上位機進(jìn)行通信。整個系統(tǒng)的動作處理和邏輯運算都由MP2300運動控制器完成,程序的編制則通過MP2300編程軟件MPE720在上位機中來完成的，編程語言為類似于PLC的梯形語言。.除此之外，MP2300還具有文本語言程序編輯器—運動程序以及函數(shù)調(diào)用等功能,多種形式的編程語言可以大大方便復(fù)雜功能的實現(xiàn)。

解決方案
首先,為了各種顏色的印刷軸之間保持同步運行,在安川MP2300控制器中，使用了電子軸功能,實現(xiàn)無需機械傳動軸的無軸同步運行。.電子軸功能是安川MP2000系列控制器中一種帶位置補償?shù)乃俣瓤刂乒δ埽泊ㄖ你U筆芯試驗(兩臺伺服電機相對著作高速加減速運行,中間以0.5mm鉛筆芯連接,在整個運行過程中保持鉛筆芯不斷裂)就是使用了電子軸功能。但是，在印刷過程中,由于紙張的伸縮性很大,印刷軸絕對的同步往往使印刷出的圖案會有錯位,傳統(tǒng)的解決方式是進(jìn)行機械微調(diào)套準(zhǔn),現(xiàn)在使用MP2300運動控制器的位置補償功能,只需在上位機上輸入補償值，即可在各印刷軸之間進(jìn)行套準(zhǔn)作業(yè)，大大簡化了操作,實現(xiàn)了智能化。
其次,由于印刷機采用間歇式印刷,所以兩拖料軸作前進(jìn)、后退和再前進(jìn)動作，在此過程中,拖料軸不僅要在勻速印刷時與印刷模版同步運行,還要根據(jù)印刷主軸的位置作凸輪運轉(zhuǎn),在MP2300控制器中采用了電子凸輪功能,即根據(jù)印刷主軸的位置作任意規(guī)定軌跡的運行。
如圖4所示:把印刷軸的一轉(zhuǎn)設(shè)定為一個周期,即360°,在MP2300的程序編輯中,可以假定人為規(guī)定0-x度時拖料軸從0r/min加速到印刷主軸的運行速度,x-y度(具體長度根據(jù)印刷版的長度來設(shè)定),拖料軸拖動紙張與印刷軸同步印刷，y-z度減速停止,z-360度之間拖料軸回退一定距離，這樣再進(jìn)行下一個印刷周期。
所以拖料軸不僅可以保證在印刷版接觸紙張印刷時速度和印刷版同步,還可以在印刷主軸運行到指定位置時作返回動作,不會出現(xiàn)紙張與印刷版的位置偏離,避免了印刷軸拖紙現(xiàn)象的發(fā)生。這些工作現(xiàn)在只需要在MP2300運動控制器中完成,省去了傳統(tǒng)機械的凸輪機構(gòu)和相位校對機構(gòu)。

由于兩拖料軸都使用電子凸輪功能,而電子凸輪功能擁有專門的速度補償參數(shù),所以在前后拖料軸之間設(shè)定一定的速度補償差值,就可以使兩拖料軸之間的紙張始終處于漲緊狀態(tài),從而更好地保證印刷的效果.
另外,印刷機上的各種功能，都可以在MP2300運動控制器中完成。印刷前所需要的漲緊紙張和勻墨工藝,在以前都需要人工調(diào)整機械和勻墨電機完成，現(xiàn)在都可以由安川伺服電機完成,不需要單獨設(shè)立勻墨電機和機械調(diào)整。在傳統(tǒng)間歇式印刷機工作過程中收紙和放紙的速度由于紙張進(jìn)給的往復(fù)性很難做到均勻,由于MP2300對收、放紙電機也進(jìn)行了通信和控制,所以通過對控制器內(nèi)部程序的編制，可以跟隨印刷速度的變化做到均勻收、放紙，收放的紙卷質(zhì)量大大提高,避免了機械機構(gòu)的卡紙現(xiàn)象。
該系統(tǒng)要在高速下運行，尤其是拖料軸要完成高速、高精度往復(fù)運動,對上位機的處理能力、伺服電機的響應(yīng)性和系統(tǒng)內(nèi)部的通信速率都有很高的要求。筆者選用的安川MP2300運動控制器、安川高響應(yīng)伺服電機和MECHARTROLINK-Ⅱ現(xiàn)場總線都很好地滿足了這些要求。

結(jié)語
使用了安川運動控制系統(tǒng)的無軸間歇式印刷機，相比于以前的有軸印刷機,不僅省去了機械傳動部分和校準(zhǔn)部分,實現(xiàn)了各印刷軸之間的獨立控制運行,而且使間歇式印刷的精確度有了很大的提高。各種功能實現(xiàn)了集成化和智能化控制。對控制軟件的編制和改進(jìn)使原來復(fù)雜的操作工作變得簡單易行，隨著安川運動控制系統(tǒng)的不斷升級與改進(jìn),相信其在印刷行業(yè)的應(yīng)用將更加地廣泛與深入。