1引言

隨著人們對不干膠商標印刷效率和精度要求的提高，間歇式輪轉機已經成為不干膠商標印刷機的一個發(fā)展趨勢。它比較衛(wèi)星型和疊層式印刷機具有更快的印刷速度、更能節(jié)省印刷材料等特點。目前，各大企業(yè)的印刷不干膠商標的間歇式輪轉機主要依靠進口，其價格昂貴，操作和維修都不夠方便。國內一些公司也正在致力于自主開發(fā)，但是就目前情況而言，還是不能完全達到不干膠商標間歇式輪轉印刷機的控制要求，體現(xiàn)在套準精度不夠，加減速時走位。這主要是因為在印刷過程中，印刷軸之間不能夠精確同步以及隨著印刷速度和卷筒紙大小的改變，印刷紙張的張力改變而引起的。為_r解決這一問題，我們研制了基于多軸運動控制器的間歇式輪轉印刷機控制系統(tǒng)。

2間歇式輪轉機工作原理及過程

2.1間歇式輪轉機工作原理

高性能不干膠商標間歇式輪轉機一般采用無軸結構，即沒有傳動軸，印刷軸和拖料軸有各自的電機驅動。它主要由放紙機、拖料軸(包括拉紙軸和送紙軸)、印刷軸、收紙機組成，其結構原理圖，如圖1所示。

圖1間歇式輪轉機結構原理圖

2.2不干膠商標間歇式輪轉機工作過程

間歇式輪轉機的主要運動形式是間歇運動。在—個印刷周期內，其動作過程，如圖2所示。印刷軸向同一方向勻速旋轉，當印刷版接觸印刷材料時，拉紙軸、送紙軸和印刷軸保持同步(瞬時相線速度為零)，開始印刷。在印刷過程中，這三軸一直保持同步。當印刷版脫離印刷材料時，印刷完畢。此時，拉紙軸、送紙軸先減速為零，停止運動一段時間，再反向旋轉，當印刷軸旋轉到印刷版再次接觸印刷材料時，就進入了第二個印刷周期了。

圖2輪轉機各軸動作關系

3控制系統(tǒng)設計

3.1系統(tǒng)硬件設計

3.1.1運動控制器

控制系統(tǒng)的運動控制器選用英國Trio公司的Eur0209，它是一款歐式結構的數字運動控制器，以用于數據實時處理的高性能DSP為內核，產生16位分辨率的IOV速度給定信號，集成了容量為1Mbyte的存儲器，一個以太網接門，一個RS232接Ll，還有16路24V輸入、8路24V輸出、2路12位分辨率的(0．10)V模擬量輸入，以及一個24V／lOOmA的看門狗繼電器輸出。該控制器可以控制l到8個軸的伺服或步進?？瑟毩⒚摍C運行，支持多任務程序(最多允許7個程序按優(yōu)先級別同時運行)。

3.1.2觸摸屏

利用觸摸屏可以建立友好的人機界面，在觸摸屏上可以實現(xiàn)產品計數，設置吲乍犢式(手動或自動)，設置濕示印刷版長和印刷速度，在線調整張力，異常報警等功能?？紤]到性能、價格，選用威綸MT506觸摸屏，自帶的EasyBuilder500組態(tài)軟件簡單易用又功能強大。

3.1.3伺服電機

根據功率和轉速要求，選用日本安川Σ-II系列SGMGH伺服電機?！?個f硼匣電機，其中6個連接印刷軸，2個連接拖料軸。

3.2系統(tǒng)軟件設計

3.2.1多軸同步控制

多色輪轉印刷機要求各種顏色印刷軸之間保持同步運行。傳統(tǒng)輪轉印刷機通過采用機械長軸傳遞運動到各印刷軸來保持同步，其精度和效率都受機械傳動裝置制約。使用電子虛擬軸功能?？梢钥朔陨先秉c，實現(xiàn)無需機械傳動軸的無軸同步運行。Eur0209運動控制器除了最多可控制的8個物理軸以外，另外還支持2個電子虛擬軸功能。通過ADDAX指令把電子虛擬軸的運動疊加到各印刷軸，再進行位置補償，就實現(xiàn)了各種顏色印刷軸之間同步運行。

3.2.2恒張力控制

在印刷過程中，紙張必須具有一定的張力。但是張力不穩(wěn)會引起套印不準、重影甚至縱向皺褶。恒張力控制也是通過Eur0209的另一個電子虛擬軸和ADDAX指令來實現(xiàn)的。其主要原理足控制拉紙軸和送紙軸的相位差，也就是在拉紙軸和送紙軸同步的基礎上，進行一個位置補償。在線調整這個位置補償量，直到套印誤差在允許范圍內。最后把補償量用變量保存下來。在印刷過程中及時的調用這個位置補償量就達到了恒張力控制的目的。

3.2.3各軸協(xié)調動作

間歇式輪轉印刷機要求拉紙軸、送紙軸在每個印刷周期(印刷軸旋轉一圈的時間)中完成一次正反轉動作循環(huán)，并在正向轉動和與主軸同步中完成印刷動作。在Eur0209運動控制器中，整個過程可以由MOVELINK指令來實現(xiàn)。

3.2.4帶前饋的PID控制

本控制系統(tǒng)采用帶前饋的PID控制策略，把前饋控制和反饋控制結合起來，這種控制策略既具有前饋控制及時的特點，又可以補償多個擾動引起的偏差。其結構，如圖3所示。

圖3帶前饋PID控制結構

在多軸運動控制器Eur0209中，通過軸參數P_GAIN、I_GAIN、D_GAIN和VFF_GAIN來實現(xiàn)帶前饋PID控制。

4實驗結果與分析

將系統(tǒng)中的Eum209運動控制器通過以太網接口與Pc機連接后，就可以對該系統(tǒng)進行現(xiàn)場在線調試。采用MotionPerfect2自帶的軟件示波器來追蹤軸以及運動的參數。使用軸參數窗口來監(jiān)視，改變控制器上軸的運動參數。軸參數P_GAIN、I_GAIN、D_GAIN和VFF_GAIN影響著控制系統(tǒng)性能，這四個參數之間也相互影響。穩(wěn)定不跑位是對不干膠商標印刷機最基本的要求，軸參數P_GAIN和VFF—cAIN對其影響最為明濕。為了簡化實驗步驟，在軸參數I_GAIN和D—GAIN為定值的情況下，通過調節(jié)參數P_GAIN和VFF_GAIN來進行研究。

該控制系統(tǒng)的精確性用隨動偏差FE來評估。當印刷軸轉速為33.6r／rain，軟件示波器采樣周期為500res，軸參數I_GAIN=0.01，D—GAIN=0．02時，研究軸參數P_GAIN、VFF_GAIN對隨動偏差FE的影響，其實驗數據，如表1所示。

顯然，隨著軸參數P_GAIN和VFF_GAIN值的減少，隨動誤差FE逐漸增大。如果FE大于FE—LIMIT設定值，軸狀態(tài)參數顯示出錯，同時控制卡發(fā)出警報。表1中，P_GAIN=0.03，VFF_GAIN：=0.3，隨動偏差FE=.0036，沒有超過不干膠印刷允許的誤差范圍。系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響到印刷套位的穩(wěn)定性，可以用示波器輸出波形平滑度和重合度(印刷主軸和拖料軸輸出波形重合程度)來衡量。在同等實驗條件下，軸參數P_GAIN和VFF．GAIN對示波器波形影響(圖略)。當P_GAIN=0.03，VFF_GAIN=0.3時印刷軸和拖料軸電機輸出波形重合部分最平滑，此時波形最好。通過印刷實驗證明，印刷機工作最穩(wěn)定，不容易出現(xiàn)跑位。

5結論

提出了基于Eur0209運動控制器的間歇式輪轉印刷機控制系統(tǒng)，利用Eum209運動控制器的強大功能，實現(xiàn)了各印刷軸之間的獨立控制運行，比較傳統(tǒng)的不于膠有軸印刷機，簡化了機械部分，提高印刷精度。實現(xiàn)了集成化和智能化控制。該系統(tǒng)印刷速度每小時最高可達到12000印次，最多能印刷八種顏色商標，套印誤差在0.03mm內，加減速不走位，已達到不干膠印刷的工業(yè)控制要求。