??? 圖1:電子軸

上海紫光機(jī)械有限公司的總工陳金成先生是YR420WZ柔版印刷機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)的主要負(fù)責(zé)人，據(jù)他介紹，無(wú)軸傳動(dòng)印刷機(jī)要達(dá)到的基本控制要求主要有三點(diǎn)：收放卷平穩(wěn)；張力恒定；套印準(zhǔn)確。而博世力士樂(lè)的SYNAX200系統(tǒng)提供的同步控制、收放卷控制、張力控制、自動(dòng)套準(zhǔn)控制這幾種功能在YR420WZ柔版印刷機(jī)上得到了很好的應(yīng)用。

那么，SYNAX200系統(tǒng)的這幾種功能在YR420WZ柔版印刷機(jī)上是如何實(shí)現(xiàn)的呢？陳金成先生和博世力士樂(lè)中國(guó)電子傳動(dòng)與控制部門(mén)的凌俊先生給我們做了詳細(xì)的介紹。

印刷機(jī)的同步控制包括位置同步、速度同步以及電子凸輪的同步，SYNAX200系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)控制器PPC-R22.1可不間斷地計(jì)算產(chǎn)生虛擬主軸的位置，并通過(guò)光纜即時(shí)傳送至各個(gè)驅(qū)動(dòng)器IndraDrive C/M，從而實(shí)現(xiàn)印刷過(guò)程的同步運(yùn)作。

圖2：虛擬主軸及機(jī)械主軸的比較和工作原理。

SYNAX200系統(tǒng)可以提供三種收放卷的方式：浮動(dòng)輥、張力傳感器、甚至無(wú)傳感器方式。上海紫光的YR420WZ柔版印刷機(jī)采用的是根據(jù)浮動(dòng)輥的位置來(lái)調(diào)整收放卷的速度，收放卷系統(tǒng)包括一臺(tái)伺服電機(jī)（用它來(lái)驅(qū)動(dòng)放卷的軸），一個(gè)浮動(dòng)輥，一個(gè)相位傳感器以及伺服驅(qū)動(dòng)器。相位傳感器根據(jù)浮動(dòng)輥擺動(dòng)的不同位置產(chǎn)生不同的電壓信號(hào)，輸送到伺服驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。可以將相位傳感器在浮動(dòng)輥擺動(dòng)到中間位置時(shí)產(chǎn)生的電壓信號(hào)作為設(shè)定值，位置檢測(cè)值是根據(jù)浮動(dòng)輥的不同位置不斷變化的，伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)一系列的運(yùn)算調(diào)節(jié)速度調(diào)整量來(lái)進(jìn)行速度控制。“實(shí)際應(yīng)用中，紙卷不會(huì)是很圓的，有可能是扁的，所以

收放卷一定要保證平穩(wěn)，這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果還是不錯(cuò)的。”陳金成先生評(píng)價(jià)說(shuō)。

圖3：采用Cartridge DDRTM進(jìn)行重新設(shè)計(jì)
后的印刷機(jī)組比以前的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單許多。

因?yàn)閺埩?duì)印刷套準(zhǔn)的影響非常大，所以張力控制的要求是保證張力恒定。在檢測(cè)輥的兩端安裝張力傳感器，通過(guò)對(duì)信號(hào)的放大轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)器能接受的模擬信號(hào)，通過(guò)一系列的運(yùn)算來(lái)調(diào)節(jié)初始輥的轉(zhuǎn)速，以保證表面線速度的一致，達(dá)到控制張力恒定的目的。除了收放卷，還需要對(duì)進(jìn)出印刷及加工處理單元（模切、燙金等）的紙張進(jìn)行進(jìn)一步的張力控制，以使印刷處于最佳狀態(tài)。

利用基本型的IndraDrive伺服驅(qū)動(dòng)器和MAD電機(jī)做收放卷，以及MSK電機(jī)進(jìn)行二次張力控制，操作人員只需從VEP-力士樂(lè)嵌入式終端輸入簡(jiǎn)單的參數(shù)，系統(tǒng)就可以自動(dòng)完成上面這兩項(xiàng)工作。

對(duì)于自動(dòng)套準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，它的控制比張力控制更為復(fù)雜，因?yàn)閺埩Φ某跏荚O(shè)定值是恒定的，而套準(zhǔn)控制中色標(biāo)位置的目標(biāo)值和檢測(cè)值都是變化的，并且自動(dòng)套準(zhǔn)對(duì)色標(biāo)傳感器的處理時(shí)間也有相當(dāng)高的要求。色標(biāo)傳感器將檢測(cè)到的紙張上的色標(biāo)位置信息進(jìn)行高速處理后傳輸給配有高速數(shù)據(jù)端口（響應(yīng)時(shí)間<1us）的伺服驅(qū)動(dòng)器，而后利用MSK電機(jī)執(zhí)行動(dòng)態(tài)的相位偏置達(dá)到精確套準(zhǔn)的目的。

? 圖4：利用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以很方便將這款

5 色印刷機(jī)擴(kuò)展為10色

“采用了無(wú)軸傳動(dòng)的技術(shù)，提高了印刷機(jī)的模塊化程度以及減少了輔助時(shí)間，使得印刷紙張張力的穩(wěn)

定性有很大提高，套準(zhǔn)精度由原來(lái)±0.127mm提高到±0.06mm，套準(zhǔn)速度快而且材料損耗少。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也使上海紫光機(jī)械有限公司填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)伺服傳動(dòng)柔版機(jī)這一空白。”陳金成介紹說(shuō)。

Danaher Motion:瓦楞紙印刷設(shè)備

Danaher Motion的一家客戶在對(duì)自己的瓦楞紙印刷機(jī)組進(jìn)行重新設(shè)計(jì)的時(shí)候選用了Danaher Motion公司提供的Cartridge DDR?（直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)），整個(gè)機(jī)組減少了2000多個(gè)部件，使得設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，印刷定位精度也大大提高，同時(shí)增強(qiáng)了易操作性并降低了維護(hù)成本。

這家印刷設(shè)備制造商介紹說(shuō)，長(zhǎng)期以來(lái)，他們使用的是另外一家供應(yīng)商的配套產(chǎn)品，當(dāng)了解到Cartridge DDR電機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn)之后，決定在機(jī)組的印刷單元和沖壓剪裁單元采用這種電機(jī)。重新設(shè)計(jì)后的印刷機(jī)組中每個(gè)印刷單元采用3個(gè)CDDR，沖切單元采用了3個(gè)CDDR，縱向定程進(jìn)刀采用2個(gè)CDDR。另外，還選用了傳統(tǒng)的伺服電機(jī)AKM作為輔助傳動(dòng)設(shè)備以及500系列滾柱和BS&A滾珠絲杠，驅(qū)動(dòng)器選用了SERVOSTAR?S600系列，利用SERCOS來(lái)完成設(shè)備之間的通信。

這個(gè)被重新設(shè)計(jì)的印刷設(shè)備是5色柔版印刷機(jī)，在重新設(shè)計(jì)之前，整個(gè)印刷機(jī)組采用的是機(jī)械傳動(dòng)方式，每個(gè)印刷單元的各個(gè)版輥靠齒輪連起來(lái)，各印刷單元也是靠一個(gè)長(zhǎng)的機(jī)械邊軸相連，由一個(gè)大功率的電機(jī)來(lái)拖動(dòng)。這種印刷機(jī)體積龐大，運(yùn)轉(zhuǎn)速度相對(duì)低，但印刷精度要求高，對(duì)它來(lái)說(shuō)，控制各個(gè)版輥之間的相位同步是個(gè)難題，每個(gè)版輥長(zhǎng)約3m，質(zhì)量大，慣量也大，進(jìn)行工藝調(diào)整時(shí)，相當(dāng)?shù)穆闊M(fèi)時(shí)、費(fèi)力，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。“采用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)之后，每個(gè)版輥都由DDR電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，去掉了原來(lái)機(jī)械傳動(dòng)所需的齒輪和機(jī)械長(zhǎng)軸，各個(gè)軸可以根據(jù)相位要求單獨(dú)調(diào)整，各個(gè)印刷單元的調(diào)速比可以在調(diào)速范圍內(nèi)隨意調(diào)整，整個(gè)機(jī)組的靈活性和印刷定位精度都得到了提高。”Danaher Motion公司的大客戶經(jīng)理單汝國(guó)先生介紹說(shuō)。

利用CDDR除了能提高易用性和印刷定位精度外，對(duì)工藝的調(diào)整以及系統(tǒng)的配置都更為靈活，它可以將印刷機(jī)的各個(gè)印刷單元獨(dú)立設(shè)置為“工作狀態(tài)”和“停運(yùn)狀態(tài)”，這樣，當(dāng)產(chǎn)品在其他印刷單元工作的時(shí)候可以同時(shí)配置一個(gè)或多個(gè)印刷單元。這種“

運(yùn)轉(zhuǎn)同時(shí)配置”的功能大大提高了機(jī)器的利用率，對(duì)小型批量的生產(chǎn)任務(wù)特別有用，而如果使用原來(lái)的齒輪和機(jī)械長(zhǎng)軸的傳動(dòng)方式不可能做到這一點(diǎn)。“像現(xiàn)在這款5色的印刷機(jī)，如果要擴(kuò)展為10色，利用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)是完全可以實(shí)現(xiàn)的。”

“直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)并不是Danaher Motion獨(dú)有的，許多供應(yīng)商都能夠提供直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而Danaher Motion的CDDR技術(shù)之所以能夠在眾多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中被客戶選中，除了能夠滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)之外，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得安裝極為方便也是一個(gè)重要因素，Cartridge DDR電機(jī)采用的是緊縮式結(jié)構(gòu)，能夠即裝即用，從安裝到完全運(yùn)轉(zhuǎn)只需要不到30分鐘的時(shí)間。”

單汝國(guó)先生還介紹說(shuō)，無(wú)軸傳動(dòng)印刷機(jī)的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)難點(diǎn)，一個(gè)是電機(jī)的選擇，另一個(gè)就是算法，包括相位同步和套準(zhǔn)控制，這款印刷機(jī)選擇的與CDDR配套的SERVOSTAR 600伺服驅(qū)動(dòng)器，以及MEI的運(yùn)動(dòng)控制卡，相應(yīng)的開(kāi)發(fā)了針對(duì)印刷行業(yè)的相位同步和套準(zhǔn)控制的功能。

無(wú)軸技術(shù)在北人報(bào)紙印刷機(jī)上的應(yīng)用

北人印刷機(jī)械股份有限公司是國(guó)內(nèi)較早涉足無(wú)軸傳動(dòng)技術(shù)的印刷機(jī)械制造企業(yè)。從2001年開(kāi)始，“北人”就先后分別與博世力士樂(lè)公司和鮑米勒公司合作研發(fā)設(shè)計(jì)無(wú)軸傳動(dòng)印刷機(jī)。2006年推出的75A報(bào)紙印刷機(jī)是與日本西研圖文株式會(huì)社共同合作開(kāi)發(fā)的，采用三菱無(wú)軸傳動(dòng)技術(shù)，印刷單元采用流行的H型結(jié)構(gòu)，一個(gè)H單元使用兩個(gè)電機(jī)，各驅(qū)動(dòng)一個(gè)B-B單元，方便不同色組同時(shí)進(jìn)行不同的操作。

75A報(bào)紙印刷機(jī)適用于卷筒紙雙面四色報(bào)紙印刷，也可用于多種不同方式的組合印刷，例如：4+4彩色印刷、2+2套色印刷及多紙路印刷等，折頁(yè)機(jī)具有動(dòng)態(tài)尺寸調(diào)整和存頁(yè)選擇等功能，最多可進(jìn)行8紙路折頁(yè)。同時(shí)，該機(jī)器采用模塊化的設(shè)計(jì)理念與無(wú)軸技術(shù)的應(yīng)用，更能滿足不同用戶的需要，隨著用戶業(yè)務(wù)的擴(kuò)展進(jìn)行設(shè)備的配置擴(kuò)展。

據(jù)北人股份卷筒紙膠印機(jī)制造分公司技術(shù)人員介紹，75A報(bào)紙輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)在印刷速度上達(dá)到了7.5萬(wàn)印張/小時(shí)的國(guó)內(nèi)最高水平。“這款印刷機(jī)采用無(wú)軸傳動(dòng)技術(shù)，擴(kuò)展性非常好，易于增加印刷品的版數(shù)；并且在印刷精度、速度以及穩(wěn)定性方面都有了很大提高。在我們進(jìn)行的多次印刷實(shí)驗(yàn)中，機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)一直很穩(wěn)定，這更增強(qiáng)了我們的自信心。目前產(chǎn)成的三個(gè)塔式機(jī)組全部形成銷(xiāo)售，其中一個(gè)塔機(jī)被西研回購(gòu)，另外兩個(gè)塔機(jī)被體育日?qǐng)?bào)社購(gòu)買(mǎi)。”