一、凹印機(jī)簡(jiǎn)介：凹版印刷因其印刷工藝的印版特征而得名，以其精美的印刷質(zhì)量在軟包裝行業(yè)中占領(lǐng)了重要的位置。凹印機(jī)一般由放卷裝置、進(jìn)料牽引、主機(jī)牽引、出料牽引、收卷裝置組成，其標(biāo)準(zhǔn)配置是常見(jiàn)的七電機(jī)系統(tǒng)。(含收卷、放卷的自動(dòng)換卷)。卷材印刷時(shí)，需要一定的張力將材料張緊進(jìn)入印刷單元，并在啟動(dòng)、運(yùn)行、換卷、停車(chē)等過(guò)程中保證張力穩(wěn)定，才能保證各種顏色套印準(zhǔn)確，圖案精美。因此講張力控制是凹版印刷機(jī)械驅(qū)動(dòng)控制的技術(shù)核心，若張力控制穩(wěn)定，張力波動(dòng)小，機(jī)器的套印精度及印刷速度就高。 　　

二、張力控制系統(tǒng)的構(gòu)成及現(xiàn)狀：（傳統(tǒng)方案） 　　在卷材的印刷過(guò)程中，要求控制的張力主要有放卷張力、進(jìn)料張力、出料張力、收卷張力。這就是通常講的4段張力，一般卷料在印刷色組間的張力控制由版遞增來(lái)實(shí)現(xiàn)。在無(wú)軸系統(tǒng)中也有用各色組驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)。（此課題暫不在此專(zhuān)門(mén)討論展開(kāi)。） 　　張力控制系統(tǒng)一般有檢測(cè)、運(yùn)算控制和驅(qū)動(dòng)裝置組成。 　　檢測(cè)部分一般由張力傳感器或浮動(dòng)輥組成，近年來(lái)由于浮動(dòng)輥在卷料換卷過(guò)程中對(duì)材料的張力吸收較好，所以業(yè)內(nèi)的同行大都是使用浮動(dòng)輥檢測(cè)。 　　運(yùn)算控制一般由 PLC、工控機(jī)或DSP來(lái)完成。近年來(lái)由于PLC的大量普及，性能價(jià)格比好，運(yùn)算速度逐年提高，所以大部分采用PLC來(lái)做張力控制。一般將浮輥信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后直接進(jìn)入PLC，由PLC進(jìn)行卷徑計(jì)算、恒線(xiàn)速度控制、和各段張力的PID運(yùn)算，并將結(jié)果通過(guò)模擬量DA的方式傳給矢量變頻器。 　　變頻器在整個(gè)控制系統(tǒng)中即作為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)又作為張力的調(diào)整裝置。因此對(duì)變頻的調(diào)速范圍和精度、轉(zhuǎn)矩精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性等等關(guān)鍵技術(shù)都有比較高的要求。 　　

三．傳統(tǒng)方案的局限和我們的改革思路。 　　由于傳統(tǒng)的系統(tǒng)張力控制是通過(guò)一臺(tái)PLC來(lái)完成，隨著印刷速度的增加（從100多米到300米/分鐘），卷徑比的增加（有600mm增加到1500mm），印刷色組的增加（原來(lái)的6色加到13色）和輔助控制點(diǎn)數(shù)的增加（壓輥、風(fēng)機(jī)、油墨粘度控制等等），對(duì)于循環(huán)掃描方式運(yùn)算的PLC的CPU來(lái)講，有點(diǎn)不堪重任，就算將一些輔助控制移到另一臺(tái)PLC來(lái)完成，但實(shí)際的4段張力所需的運(yùn)算時(shí)間用較先進(jìn)的PLC（例如三菱的FX-3U或SIEMENS 的S7-300 ）都要有近20ms的掃描周期。 　　所以我們嘗試改革傳統(tǒng)張力的單CPU結(jié)構(gòu)，引入多CPU的獨(dú)立算法來(lái)計(jì)算各段張力并直接控制驅(qū)動(dòng)變頻來(lái)調(diào)節(jié)張力，即按控制功能的種類(lèi)或需要每個(gè)CPU各司其職，以提高重要環(huán)節(jié)的處理性能。正好三菱推出自帶卷取功能的矢量變頻A740-A1，我們?cè)谘芯苛巳獾馁Y料后，覺(jué)得引入該卷取變頻不失為一個(gè)值得去試驗(yàn)的好方案。 　　

四．三菱卷取專(zhuān)用變頻的功能和特點(diǎn) 　　1．內(nèi)部自帶浮輥專(zhuān)用PID軟件，可以直接接受浮輥電位器信號(hào)。 　　 ① 浮輥PID可以按偏移量分段設(shè)定P I參數(shù)。 　　 ② 浮輥控制的輸出量可以和主速度做比例補(bǔ)償。 　　 ③ 具有斷料報(bào)警功能。

　　2．卷徑計(jì)算功能 　　 ① 直接可以計(jì)算卷徑  D=V/πnZ  (V線(xiàn)速度，n轉(zhuǎn)速，Z速比) 　?、?初始卷徑的多種計(jì)算方法或直接設(shè)定。 　　 ③ 啟動(dòng)時(shí)的P和I 可單獨(dú)調(diào)整。 　　④ 速度增益可隨卷徑變化而分段設(shè)定自動(dòng)切換。 　?、?自動(dòng)產(chǎn)生用于錐度控制的張力設(shè)定信號(hào)輸出。 　?、?收/放卷長(zhǎng)度的檢測(cè)和控制輸出 。

　　3．卷徑演算型恒張力控制（轉(zhuǎn)矩控制模式） 　?、?STALL 失速控制 　?、?加減速慣性補(bǔ)償 　?、?機(jī)械損耗補(bǔ)償 　?、?再生回避功能

五.  新方案的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)構(gòu)成： 　　系統(tǒng)由七臺(tái)電機(jī)傳動(dòng)控制，分別為兩個(gè)收卷（A740 -7.5K-A1）、兩個(gè)放卷（A740 -7.5K-A1）、主機(jī)（A740-22K-CHT）和收、放卷牽引（A740 -3.7K-A1 ）構(gòu)成，其中收卷、放卷和收、放卷牽引的浮輥信號(hào)分別直接接到各自的變頻，由各自變頻內(nèi)置的浮輥運(yùn)算模塊分別并行運(yùn)算控制。如圖所示：

  　　控制系統(tǒng)特點(diǎn)： 　?、?nbsp; 由于各變頻都帶卷徑計(jì)算和補(bǔ)償功能，所以我們使各變頻按照線(xiàn)速度同步要求運(yùn)轉(zhuǎn)，版周長(zhǎng)的變化和收放卷的直徑變化都預(yù)先得到補(bǔ)償控制。 　?、?nbsp; 由于整個(gè)系統(tǒng)預(yù)先已做到線(xiàn)速度同步，使得浮輥僅用于張力波動(dòng)引起的速度補(bǔ)償控制，實(shí)測(cè)浮動(dòng)輥的調(diào)整量只有0.1-0.3HZ，即位置波動(dòng)小。且由于是多CPU的獨(dú)立計(jì)算，使得系統(tǒng)的響應(yīng)明顯加快，在250米/分鐘高速不停機(jī)接料時(shí)張力波動(dòng)非常小。據(jù)初步測(cè)算，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間可以比單CPU方式的PLC提高10-20倍，大約在1-2ms 。 　　⑶  由于可以通過(guò)參數(shù)預(yù)置初始卷徑，所以根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際線(xiàn)速度和預(yù)置卷徑來(lái)控制預(yù)驅(qū)動(dòng)速度。實(shí)測(cè)預(yù)驅(qū)動(dòng)變頻的線(xiàn)速度和舊軸線(xiàn)速度相當(dāng)吻合，接料張力波動(dòng)較小。 　?、?由于A740-A1都自帶485通訊接口，F(xiàn)X3U和A740之間有專(zhuān)用的通訊指令，所以整個(gè)系統(tǒng)采用485通訊設(shè)定修改參數(shù)， 且編程相當(dāng)方便 　　

六． 未來(lái)展望 　　經(jīng)過(guò)我們現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用和調(diào)試，證明用三菱的卷取專(zhuān)用變頻來(lái)構(gòu)成   的印刷機(jī)標(biāo)準(zhǔn)七電機(jī)的張力控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn): 　　1． 采用多CPU的并行算法，使系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間大幅度提高，且張力控制精度也明顯提高，換料工作可靠。 　　2． 由于浮輥信號(hào)直接進(jìn)入變頻，PLC和變頻全部用通訊方式連接，所以系統(tǒng)的AD/DA模塊可以盡量少用，既縮短了處理時(shí)間又節(jié)省了成本。 　　3． 三菱的卷取專(zhuān)用變頻只是在軟件上加入卷取模塊，沒(méi)有增加其它費(fèi)用，所以如果算上減少的AD/DA 模塊，整個(gè)系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比反而提高，有一定的實(shí)用價(jià)值。 　　4． 由于我們的客戶(hù)在價(jià)格上控制成本，所以我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)比較精算成本，如果要進(jìn)一步提高性能來(lái)講，由于三菱的A740可以配CC-Link通訊卡，來(lái)提高通訊的可靠性。在有些高速同步運(yùn)行的印刷機(jī)中,也可選配SSCNET-III（伺服系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)）的專(zhuān)用附件，作為伺服產(chǎn)品使用，使得A740-A1在印刷機(jī)的無(wú)軸控制中得以發(fā)揮她的卓越性能。這也是我們廠(chǎng)今后的發(fā)展目標(biāo)。

　　瑞安信旭印刷包裝機(jī)械有限公司   總工程師   馮小金 　　上海三菱(MEAS)                            李  昉 　　上海茂智自動(dòng)化設(shè)備貿(mào)易有限公司            任朝勝 　　2009-05-21

　　參考文獻(xiàn) 　?、偃怆姍C(jī)株式會(huì)社名古屋製作所  　　ダンサ制御機(jī)能付きインバータ  ＦＲ－Ａ７□０－□Ｋ－Ａ１ 　?、谌怆姍C(jī)自動(dòng)化(上海)有限公司                      FR-A00使用手冊(cè)(應(yīng)用篇)