1 引言
在科學(xué)技術(shù)日新月異的當(dāng)今時代，為滿足現(xiàn)代人對商品包裝精美化的要求，對包裝印刷生產(chǎn)線的位置跟蹤的精確度要求越來越高。將各類先進(jìn)技術(shù)以群體綜合應(yīng)用方式應(yīng)用于包裝線上，以謀求實現(xiàn)包裝印刷生產(chǎn)線高自動化、高效能已迫在眉捷。而全數(shù)字化交-直-交交流變頻伺服驅(qū)動器MSD0421A控制精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強，將它與PLC一起應(yīng)用于包裝線上形成閉環(huán)位置控制器有非常重要的意義。它解決了包裝印刷上靠人工進(jìn)行初始定位難，定位誤差大，動態(tài)調(diào)節(jié)慢，傳動中易錯位，套色較困難等許多問題。
2 MSD系列全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的特點、操作
我們使用日本松下變頻器是數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，采用了專用的數(shù)字信號處理器(DSP芯片)，硬件標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，是一個多微處理器全數(shù)字化的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件中有操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)視、診斷及標(biāo)準(zhǔn)功能模塊子程序等。在應(yīng)用中采用圖形編程語言，根據(jù)不同的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，把系統(tǒng)所需要的模塊調(diào)出并組接起來，就構(gòu)成一個專用的傳動系統(tǒng)。實際上它一種實時控制系統(tǒng)的可編程控制器，由于用微處理器作為控制系統(tǒng)的核心部件，不僅可以按照各種控制思想及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行在線地快速計算與控制，而且還有監(jiān)視、顯示、保護(hù)、故障自診斷及自復(fù)原等功能。
2.1 特點
MSD全數(shù)字式變頻器功能強大，適用于高性能位置控制器，它有38個參數(shù)設(shè)置，6種控制方式，其中脈沖串位置控制最為獨特。因為它使用一定頻率的脈沖信號作為代表位置命令的輸入信號，在復(fù)雜的工作現(xiàn)場中，它比模擬速度輸入信號精度高，抗干擾性強。
(1) MSD系列具有各種參數(shù)可以用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特性和功能，正確設(shè)定這些參數(shù)，可以使系統(tǒng)獲得最好的運動狀態(tài)。
(2) 監(jiān)視功能，如偏差脈沖數(shù)監(jiān)視、電動機轉(zhuǎn)速監(jiān)視、電動機轉(zhuǎn)矩監(jiān)視。
(3) 顯示CNI/F的輸入/輸出控制信號狀態(tài)。
(4) 顯示故障原因及歷史。
(5) MSD系列內(nèi)部的動態(tài)制動可用于緊停。
(6) 保護(hù)功能，如:過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過速保護(hù)等。
(7) 由計算機對MSD進(jìn)行監(jiān)視和操作。通過RS232C串行接口，可將計算機與MSD相連，并且由計算機對MSD進(jìn)行控制和操作，用戶可以通過計算機對所連的MSD進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和修改，也可以通過計算機的CRT來監(jiān)視MSD的工作情況。
2.2 脈沖串位置控制誤差的操作
(1) 試運行時電機軸上不加負(fù)載，由于電機加減速有沖突，必須固定電機。
(2) 如果用帶制動器的電機則先釋放制動器。
(3) 在沒有加主電源前，先加DC12~24V電壓。
(4) 加主電源到驅(qū)動器。
(5) 當(dāng)SERVO-ON時，電機就處于待運行狀態(tài)。
(6) 在位置控制方式時，使偏差計數(shù)器零信號CL釋放,使脈沖指令禁止信號INH釋放，電機就處于SERVO-LOCK狀態(tài)。
(7) 置參數(shù)NO.02為零，此方式是位置(脈沖串)控制方式。
(8) 設(shè)置參數(shù)NO.29為參數(shù)值，電機轉(zhuǎn)速正比于輸入脈沖頻率f×P25/P26×P27=2500×4×n/60。
3 包裝印刷自動套色原理
套印出現(xiàn)誤差有諸多原因，例如導(dǎo)輥和壓輥的平行度轉(zhuǎn)動不靈活，運動平衡不良，張力的波動，印料厚薄不均，印料熱變形及印版輥的直徑誤差等，這種套印偏差在性質(zhì)上是連續(xù)變化的，而偏差量也不是定量[4]。所以必須不斷地監(jiān)視套印誤差并及時加以修正，人工套色時通常由印刷工肉眼觀察套印誤差，憑經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)修正輥的移動來補償套印誤差，因而大大限制了印刷速度及套色精度，而采用自動套色系統(tǒng)則可以提高印刷速度和套色精度。
圖1 凹版印刷機印刷流程圖
圖1為凹版印刷機生產(chǎn)線的印刷過程簡圖(僅畫出前面4個印刷單元)。印刷機由開卷機運行依次經(jīng)過各印刷單元，進(jìn)行各色的印刷和烘干，由收卷機進(jìn)行收卷。每色印刷都會在印料的邊緣印上以供套色用的色標(biāo)，每個相鄰顏色的標(biāo)志線在套印精確時應(yīng)相互平行，垂直(縱向)相距20mm。圖1中，光電掃描頭S1檢測由1單元和2單元印出的色標(biāo)。如果相鄰兩色標(biāo)間隙不等于20mm，則說明套印出現(xiàn)了偏差，偏差經(jīng)微處理器進(jìn)行運算，輸出控制信號以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，使相應(yīng)的套色修正輥ML上下移動來延長或縮短印料上一單元印刷版輥到該單元印刷版輥的行程來動態(tài)修正。各單元印刷套色以前一單元印出的色標(biāo)為基礎(chǔ)。
4 套色自動化系統(tǒng)簡介與方案設(shè)計
本系統(tǒng)由一臺PC機，S7-200CPU214/EDC可編程控制器，MSD變頻伺服系統(tǒng)組成控制核心，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
控制原理:整個傳動系統(tǒng)由最初軸頭安裝一臺旋轉(zhuǎn)編碼器，隨著傳動系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，編碼器產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號，即每轉(zhuǎn)一周發(fā)出n個脈沖，根據(jù)輥子周長可換算出20mm相當(dāng)于多少個脈沖，此脈沖信號作為輸入給定信號，通過PLC的I0.6口送到高速計數(shù)器HSC1中。每個色輥上裝一臺色標(biāo)傳感器，它可以檢測到印品邊緣上的色標(biāo)，然后把檢測到的印品上的色標(biāo)信號轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，通過聯(lián)接到PLC的輸入端I1.0反饋到高速計數(shù)器HSC1的Reset中，PC機與PLC通過RS-485接口進(jìn)行異步串行通信，PC機從PLC中讀取這些數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號，由軟件進(jìn)行比較分析、運算、邏輯判斷后，向PLC發(fā)出控制指令和數(shù)據(jù)，對執(zhí)行機構(gòu)輸出控制量，調(diào)節(jié)色輥的相對位置，消除印刷錯位。
在整套印刷中，一般采用改變印版滾角的轉(zhuǎn)動角度以達(dá)到調(diào)整印刷位置的目的，其閉環(huán)控制如圖3所示。
圖3控制原理圖
圖3中檢測裝置為色標(biāo)傳感器，它把檢測到的色標(biāo)信號轉(zhuǎn)化為電脈沖送到PLC中，執(zhí)行機構(gòu)是交流伺服系統(tǒng)，它由PLC直接驅(qū)動，不需要任何外圍電路。PLC把檢測到的信號與存貯器預(yù)先測定好的標(biāo)準(zhǔn)值相比較得到偏差值，然后按運算規(guī)律根據(jù)脈沖偏差數(shù)算出該發(fā)出多少個脈沖。
5 軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的軟件包括主程序、初始化對零程序、計數(shù)子程序、集成脈沖輸出子程序。
5.1 初初始化對零處理
如圖4所示，初始化對零程序的任務(wù)是使系統(tǒng)一合電源，包裝印刷機就自動地對某個給定值進(jìn)行跟蹤而減少錯位。當(dāng)編碼器的回0脈沖一到就起動高速計數(shù)器，PLC一旦檢測到色標(biāo)信號就立即讀取計數(shù)值送入存貯器中。
圖4 初始化對零程序
5.2 計數(shù)子程序
首先把高速計數(shù)器HSC1的控制字節(jié)SMB47置為16#FC，其含義為:正方向計數(shù)，可更新預(yù)置值(PV)，可更新當(dāng)前值(CV)，激活HSC1。
然后，用指令HDEF把高速計數(shù)器HSC1置成工作模式1，即只有復(fù)位沒有起始輸入，也沒有方向選擇。當(dāng)前值SMD48復(fù)位為0，預(yù)置值SMD52置成FFFF(16進(jìn)制)。當(dāng)色標(biāo)傳感器的色標(biāo)脈沖信號輸入到PLC的I1.0就引起中斷,讀取計數(shù)器當(dāng)前值。用指令HSC1啟動高速計數(shù)器。
5.3 集成脈沖輸出子程序
CPU214/DC有兩個脈沖輸出，可以用來控制交流驅(qū)動器的脈沖，接線圖如上述程序流程圖如圖5所示。
圖5 程序框圖
(1) 起動電機的三個條件
(a) 按“START”(起動)按鈕，在輸入端I1.0產(chǎn)生脈沖上升沿(從0到1)
(b) 無聯(lián)鎖，即聯(lián)鎖標(biāo)志M0.2=0
(c) 電機處于停止?fàn)顟B(tài)，即操作標(biāo)志M0.1=0
如果同時具備上述3個條件，則將M0.1置位，控制時執(zhí)行PLSO指令，在輸出端Q0.0輸出脈沖，其他必須預(yù)先具備的條件，已經(jīng)在首先掃描(SM0.1=1)設(shè)置，主要是脈沖輸出功能的基本數(shù)據(jù)，例如時基、周期和脈沖數(shù)。
(2) 停止電機:停止電機的兩個條件
(a) 按“STOP”(停止)按鈕，在輸入端I1.1產(chǎn)生脈沖上升沿(從0到1)
(b) 電機處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，即操作標(biāo)志M0.1=1
如果同時具備上述2個條件，則將標(biāo)志M0.1復(fù)位，并中斷輸出端Q0.0的脈沖輸出。
(3) 聯(lián)鎖
為保護(hù)人員和設(shè)備的安全，在按“STOP”按鈕(I1.1)之后，必須規(guī)定驅(qū)動器聯(lián)鎖，將聯(lián)鎖標(biāo)志M0.2置位，立即關(guān)斷驅(qū)動器，只有在M0.2復(fù)位后，才能重新起動電機。當(dāng)“STOP”按鈕松開后，為防止電機的意外起動，只有在“START”按鈕和“STOP”按鈕(I1.1)都松開后，才能將M0.2復(fù)位，如要再次起動電機，則必須再發(fā)出一個起動信號。
5.4 主程序
當(dāng)系統(tǒng)投入工作時，主程序的任務(wù)就是根據(jù)PLC把隨機讀到的計數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，而得到的偏差值，調(diào)節(jié)電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。程序流程圖如圖6所示。
圖6主程序圖
6 結(jié)束語
在包裝印刷系統(tǒng)中我國與國外先進(jìn)水平存在明顯差距，國內(nèi)大多數(shù)先進(jìn)生產(chǎn)線都采用進(jìn)口設(shè)備。我們采用了全數(shù)字式變頻器驅(qū)動交流伺服電機作為校正裝置。由于它采用的是脈沖串位置控制方式，它可以利用PLC高速計數(shù)器與集成脈沖輸出功能。通過實驗檢測，該套裝置控制精度高，動態(tài)響應(yīng)快。
