一、概述
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及觸摸式電腦屏人機(jī)界面控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，在印刷包裝設(shè)備上正獲得廣泛地應(yīng)用。近幾年來(lái)，使印刷機(jī)的智能化、自動(dòng)化控制更加先進(jìn)和更加完善，印刷速度和套準(zhǔn)精度愈來(lái)愈高。印刷設(shè)備正向機(jī)電一體化、控制智能化，飛速向“三高”總目標(biāo)——高速、高效、高質(zhì)量方向邁進(jìn)。例如瑞士紙發(fā)公司生產(chǎn)的ＷＩＦＡＧ７０型網(wǎng)絡(luò)式高速無(wú)軸驅(qū)動(dòng)多色印刷機(jī)就具有２１世紀(jì)的先進(jìn)水平。它采用典型的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分為獨(dú)立控制層、組合控制層和生產(chǎn)信息管理層。獨(dú)立控制層由ＰＬＣ ＡＣ１１０網(wǎng)站和ＭＰＳ
Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、ＡｒｃＮｅｔ、ＳＥＲＣＯＳ環(huán)路、Ｍｏｄｂｕｓ等組成，完成印刷機(jī)、控制系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、控制面板之間的數(shù)據(jù)交換和操作過(guò)程的自動(dòng)化。ＰＬＣＡＣ１１０網(wǎng)站中的模塊Ｃ１６７１作為主站的控制，既能準(zhǔn)確完成位置、張力、墨量和開(kāi)關(guān)等傳感器及執(zhí)行裝置的狀態(tài)、信息等的采集和控制；又能確保各印刷單元獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的伺服電機(jī)同步控制。組合控制層將整個(gè)ＰＬＣ網(wǎng)絡(luò)通過(guò)Ａｄaｖｎｔ�。疲椋欤澹洌猓酰筮B同局域網(wǎng)絡(luò)，并在主控計(jì)算機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，完成印刷過(guò)程的控制和管理。生產(chǎn)信息管理層則完成產(chǎn)品規(guī)劃、生產(chǎn)準(zhǔn)備、工作編排、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的預(yù)置以及打印出生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)報(bào)表等等。
　　該設(shè)備集成了三層網(wǎng)絡(luò)、四種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和六種通信協(xié)議等先進(jìn)技術(shù)，因而大大提高了印刷速度和套準(zhǔn)精度、改善了診斷、增加了處理數(shù)據(jù)總量，并可靠地實(shí)現(xiàn)了大范圍的高速實(shí)時(shí)信息集成和優(yōu)化控制。它將現(xiàn)代工程的系統(tǒng)論、信息論、控制論和智能論融為一體。因此彩色數(shù)字印刷機(jī)(包括無(wú)版數(shù)字印刷機(jī)和有版ＤＩ數(shù)字印刷機(jī))之后，凹印設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，它勢(shì)必給印刷業(yè)帶來(lái)又一場(chǎng)重大變革。
　　順德市飛騰自動(dòng)控制設(shè)備有限公司長(zhǎng)期致力于各類(lèi)印刷設(shè)備新產(chǎn)品的研究與開(kāi)發(fā)，近期我公司與國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合研究、攻關(guān)，在國(guó)內(nèi)率先設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出ＦＬＹ-２０００Ｂ-Ⅱ型網(wǎng)絡(luò)式電腦全自動(dòng)無(wú)軸驅(qū)動(dòng)凹印機(jī)。該機(jī)突出特點(diǎn)是：１?采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)主從式網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)和無(wú)軸驅(qū)動(dòng)技術(shù)，以“數(shù)學(xué)軸”代替了傳統(tǒng)印刷機(jī)上的“機(jī)械軸”，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化套色控制，從而大大簡(jiǎn)化了機(jī)械裝置的復(fù)雜程度，提高了套色控制精度和系統(tǒng)的可靠性；２設(shè)備的張力控制系統(tǒng)采用了ＰＬＣ可編程控制器整機(jī)控制，觸摸式電腦屏人機(jī)界面操作，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，實(shí)用美觀(guān)，全方位參數(shù)設(shè)置，具有可操作性、高速穩(wěn)定性和耐久性等優(yōu)點(diǎn)。因此它是具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的集光、機(jī)、電、氣、液多種控制于一體的高科技、高附加值新產(chǎn)品，標(biāo)志著與國(guó)際最新技術(shù)同步，可與目前世界上先進(jìn)的同類(lèi)產(chǎn)品媲美。
　　二、網(wǎng)絡(luò)式無(wú)軸驅(qū)動(dòng)凹印機(jī)控制系統(tǒng)
　　網(wǎng)絡(luò)式電腦全自動(dòng)無(wú)軸驅(qū)動(dòng)凹印機(jī)控制系統(tǒng)大致可分為整機(jī)程序控制、套色控制、張力控制和其他控制四部分：
　�。保�整機(jī)程序控制：包括ＰＬＣ可編程控制器和主控制柜。
　�。玻�套色控制：套色控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、光電傳感器、零位傳感器、套色伺服電機(jī)等構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)凹印機(jī)的印前對(duì)版和自動(dòng)套色功能。其構(gòu)成如圖１所示。系統(tǒng)采用主從式網(wǎng)絡(luò)化控制方案，各印刷單元的套色偏差由與版輥相連的伺服電機(jī)直接控制。端點(diǎn)控制器可以接收光電信號(hào)和脈沖編碼器信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的控制。光電傳感器用于檢測(cè)套色偏差，伺服電機(jī)可實(shí)現(xiàn)版輥回轉(zhuǎn)位置的精確控制。計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的核心，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與各端點(diǎn)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并根據(jù)套色偏差和套色控制模型，實(shí)現(xiàn)套色電機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：
　　（１）伺服電機(jī)直接與版輥軸相連，套色控制精度高。傳統(tǒng)的凹印機(jī)是由主電機(jī)、主傳動(dòng)軸、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)各印刷單元版輥一起張轉(zhuǎn)動(dòng)，套色偏差主要通過(guò)帶動(dòng)各印刷單元的套色調(diào)節(jié)導(dǎo)輥垂直上升或下降，調(diào)節(jié)版輥間承印物料的長(zhǎng)度，使套色偏差趨近于零以實(shí)現(xiàn)套色控制。主要問(wèn)題是機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)多，制造安裝調(diào)試復(fù)雜，傳動(dòng)精度難以保證，從而影響套色精度。在本系統(tǒng)中各版輥分別由伺服電機(jī)控制，由主計(jì)算機(jī)據(jù)套色偏差和套色控制模型實(shí)現(xiàn)數(shù)字化套色控制，以“數(shù)字軸”代替了傳統(tǒng)印刷機(jī)上的“機(jī)械軸”，大大降低了系統(tǒng)機(jī)械裝置的復(fù)雜性，即具有印前對(duì)版功能，又提高了系統(tǒng)的套色精度和自動(dòng)化程度。
　�。ǎ玻┚W(wǎng)絡(luò)化控制方案，既提高了系統(tǒng)套色控制的靈活性，降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，制造、安裝、維護(hù)方便。系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化方案，主計(jì)算機(jī)和端點(diǎn)控制器之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，與傳統(tǒng)的套色控制系統(tǒng)相比，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間聯(lián)線(xiàn)的數(shù)量，既使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性增加，又使得控制系統(tǒng)的控制集中在系統(tǒng)軟件方面，使控制系統(tǒng)的制造、安裝和維護(hù)的復(fù)雜度大大降低。為使系統(tǒng)的使用維護(hù)簡(jiǎn)單，控制軟件只設(shè)計(jì)了系統(tǒng)設(shè)置，印前對(duì)版、印刷控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)四個(gè)程序模塊。
　�。常畯埩�控制；本機(jī)張力控制采用四段統(tǒng)一控制方式的全閉環(huán)自動(dòng)張力控制系統(tǒng)。機(jī)器由ＰＬＣ可編程控制器整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制，人機(jī)界面采用ＨＩＴＥＣＨ觸摸屏進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)定和顯示、放卷、放卷牽引、收卷牽引、收卷采用主控制柜協(xié)調(diào)集中控制和操作。四段張力即指放卷張力、放卷牽引張力、收卷牽引張力、收卷張力等四部分張力。所有四段張力均通過(guò)矢量電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)張力自動(dòng)控制。在收料單元操作盤(pán)上裝有ＨＩＴＥＣＨ觸摸屏，可進(jìn)行速度、張力、卷徑等參數(shù)的設(shè)定，還可隨時(shí)顯示速度、張力等參數(shù)情況。另外。操作人員可在機(jī)器的任何部位進(jìn)行啟動(dòng)、加速、減速或停止操作，操作非常便利。在放料、收料墻板上除裝有張力控制操作盤(pán)外，還裝有整臺(tái)機(jī)器啟動(dòng)、停止及緊急停止開(kāi)關(guān)。由于采用矢量電機(jī)收料，控制的速度范圍較寬，無(wú)論在低速還是高速都具有良好的性能，可實(shí)現(xiàn)錐度張力控制，收卷效果極佳。
　�。矗�其他控制：包括高速不停機(jī)全自動(dòng)接料及切料，收、放卷預(yù)驅(qū)動(dòng)，安全自動(dòng)報(bào)警及長(zhǎng)度自動(dòng)計(jì)數(shù)和顯示控制功能等等。
　　三、網(wǎng)絡(luò)式無(wú)軸驅(qū)動(dòng)凹印機(jī)的主要結(jié)構(gòu)、功能及特點(diǎn)
　　1．放卷單元主要結(jié)構(gòu)
　　放卷單元分為獨(dú)立式雙臂雙工位旋轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)，換卷時(shí)接料采用自動(dòng)裁切接料，操作方便，放卷部控制采用了兩個(gè)功率為４Ｋｗ的矢量電機(jī)，分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)料軸，由于采用矢量電機(jī)，控制的速度范圍較寬，精度高，無(wú)論低速還是高速都具有良好的性能，放卷張力可由放料處的擺動(dòng)輥進(jìn)行反饋構(gòu)成閉環(huán)進(jìn)行自動(dòng)控制。在操作面有一減速機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)臂作正反兩個(gè)方向３６０°回轉(zhuǎn)、定位控制。放料軸采用氣漲軸方式，料卷橫向調(diào)整采用手輪蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)。
　　該部分主要包括：ａ.放卷張力控制器，ｂ.放卷擺動(dòng)器；ｃ.放卷預(yù)驅(qū)動(dòng)矢量電機(jī)，ｄ.擺動(dòng)輥位移檢測(cè)裝置，ｅ.回轉(zhuǎn)臂減速機(jī)；ｆ.自動(dòng)裁切換料裝置。其特點(diǎn)是：
　�、賳�動(dòng)提速過(guò)程：?jiǎn)��?dòng)瞬間，張力需克服卷料較大的靜態(tài)摩擦，因此此時(shí)放卷矢量電機(jī)制動(dòng)力量較小，同樣加速過(guò)程，張力需克服卷料的動(dòng)態(tài)摩擦，同時(shí)還需克服卷料加速阻力故此時(shí)放卷矢量電機(jī)制動(dòng)力應(yīng)比勻速運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的較小。
　�、趧蛩龠\(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程：放卷張力控制器通過(guò)放料處擺動(dòng)輥的反饋構(gòu)成閉環(huán)，控制放卷矢量電機(jī)得穩(wěn)定放卷張力；同時(shí)放料擺動(dòng)輥還有助于消除卷料不同心。
　　③停機(jī)減速過(guò)程；放卷矢量電機(jī)制動(dòng)力需制動(dòng)卷料慣性力，同時(shí)還需保持卷料恒定張力，故此時(shí)放卷矢量電機(jī)制動(dòng)力應(yīng)比勻速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所需要的較大。
　　2.進(jìn)料牽引單元主要結(jié)構(gòu)
　　進(jìn)料牽引為雙輥對(duì)滾式，包括一鋼輥和一橡膠壓輥，其中鋼輥單獨(dú)由一個(gè)功率為１.５Ｋｗ的伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，橡膠壓輥由兩個(gè)氣缸實(shí)現(xiàn)離合壓，壓力可調(diào)。進(jìn)給張力由伺服電機(jī)擺動(dòng)輥和自動(dòng)張力控制器進(jìn)行閉環(huán)控制，并由中央控制柜協(xié)調(diào)集中控制和操作。該部分主要包括：ａ.進(jìn)料牽引張力控制器；ｂ.進(jìn)料伺服電機(jī)擺動(dòng)輥；ｃ.進(jìn)料牽引伺服電機(jī)；ｄ.擺動(dòng)輥位移檢測(cè)裝置；ｅ.氣動(dòng)裝置；ｆ.進(jìn)料牽引輥。其特點(diǎn)是：
　�、賳�動(dòng)提速過(guò)程：?jiǎn)��?dòng)瞬間，根據(jù)進(jìn)料伺服電機(jī)擺動(dòng)輥的位置，進(jìn)料牽引伺服電機(jī)線(xiàn)速度設(shè)置比版輥線(xiàn)速度大、相同、小三種狀態(tài)。
　　②勻速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程：進(jìn)料牽引張力控制器通過(guò)進(jìn)料處擺動(dòng)輥的反饋構(gòu)成閉環(huán)，根據(jù)版輥線(xiàn)速度控制伺服電機(jī)得到穩(wěn)定放卷張力。
　�、弁�機(jī)減速過(guò)程：進(jìn)料牽引張力控制器通過(guò)進(jìn)料處擺動(dòng)輥的反饋構(gòu)成閉環(huán)，根據(jù)版輥線(xiàn)速度控制伺服電機(jī)得到穩(wěn)定放卷張力。