1 引言

系統采用PLC作為主控系統，印刷版輥、墨輥、送紙輥、電子凸輪皆為伺服傳動，步進電機調整間隙，人機界面集中監控，現場總線采集傳遞信號，再結合高精度減速機、聯軸器、編碼器、滑軌絲杠、同步皮帶等機構，實現高速運轉下的各輥筒速度同步及相位同步，真空吸附電子凸輪送紙機構保障快速精確送紙，系統的相位調整功能使調整變得簡單易行。所有這些，極大地提高了生產速度、套印精度以及操作的簡便性。

2 系統構成

系統由送紙部和四色印刷部組成，送紙部主要包括電子凸輪真空吸附送紙機
構和送紙輥。電子凸輪真空吸附送紙機構利用風機產生的負壓使紙板緊密吸附在送紙平臺上，兩臺電子凸輪伺服電機驅動送紙平臺在送紙上下位間同步往復運動，配合送紙滾輪和送紙輥完成紙板依次傳送。在滾輪摩擦系數和紙板壓力穩定的基礎上，送紙時機與一色印版的位置和生產速度相關，在一定速度下，當一色印版轉到某一位置時開始送紙，轉到另一位置時停止送紙，以保證印版能每次將圖案準確印在紙板的相應位置上。不同規格的紙板，送/停紙時機也相應變更，操作人員僅需調整人機界面上的料號，系統會立即自動調整，保證印刷位置準確。兩臺電子凸輪電機的動作、速度與旋轉角度要完全一致，才能保證電機和機構連續穩定運轉，以及紙板平直送出。在這里，我們采用兩軸同動直線補間功能來實現兩軸實時同步。另外，凸輪電機還要滿足長時間頻繁往復正反向運轉需要，要求系統選配高響應的伺服系統，并結合負載調整伺服參數，充分發揮伺服系統的高速高響應特性，盡量減少傳動環節及各環節延遲，同時，還要充分考慮系統發熱和回生保護問題，使電機工作在輕載狀態，設備構成示意圖如圖1所示。

3 系統工作原理

系統構成示意圖如圖2所示，紙板送出后進入四色印刷部，每一色部控制由印刷版輥、墨輥、托紙輥、牽紙輥和氣缸等共同完成，各輥筒皆直接或間接通過伺服驅動，同時有步進電機和編碼器調整輥筒間隙和位置。

印刷版輥的軸徑通常很大，運行速度很快，而印刷套印精度要求較高，因此印刷版輥間微小的速度差在很短的時間內就會造成套印超差。設任一時段任意兩印刷版輥的速度差為△V，系統速度環在△t時間內將速差調整過來，因傳動機構延遲很小，設為0，則將△t時間內由速度差△V產生的偏差設為ε，如圖3所示的陰影部分,可總結公式如下:

由此可見，負載間速度差△V越小，系統響應越快(即△t越短)，則產生的套印偏差ε越小。這就要求一方面要提高機械精度，如安裝同心度要好、負載慣量要均勻等;另外在系統選配時要充分考慮與負載匹配，在提供足夠負載扭力的同時還要提供足夠的響應能力。同時，調試工作也非常重要，要結合負載使系統發揮最優性能。對此，可利用伺服系統的自動檢測功能先檢測負載狀況，再根據實際需要匹配參數(如提高響應或減小超調量等)，進一步細調，直到符合條件為止。同時由于每個負載及其傳動機構不盡相同，每臺伺服的參數也會略有差異,應通過電氣來補償負載機械傳動系數的差異。
系統利用PLC的運動控制功能對伺服系統進行實時控制，采用單獨高速處理器，運算獨立于CPU之外，結合伺服系統滿足高精度及快速響應需求。另采集負載軸端編碼器信號，對負載運行狀況進行檢測和校正，以消除傳動誤差影響，并有利于分析查找問題。
各輥筒間線速度要一致，避免紙板打滑，同時墨輥上墨才會均勻，無色塊。另外，墨輥氣缸的動作也很重要，開始送紙時，氣缸帶動墨輥依次下落，給印版著墨;停止送紙時，墨輥依次抬起，避免印版著墨太深。下落及抬起的時機由印版位置決定，以保證墨輥在印版上的著墨位置和著墨量，從而保證印刷質量。
由于紙板的規格型號很多，對于不同規格的紙板印刷，工藝和控制都要做出相應調整;同時，設備清洗、維護、掛版等工作經常進行，難免會造成人為誤差，需要時常對印刷版輥相位進行調整，這些都在程序里實現，操作人員只需在人機界面上調整料號和校正值，無需對設備做出任何改動，操作簡便，極大的提高了工作效率和靈活性。
另外，在實踐過程中，我們總結出一套模擬套準試驗方法配合調試工作。通過PLC檢測伺服反饋和編碼器信號，對其進行統計分析，可計算出任意時刻各印刷版輥的相位差(脈沖值)，再折算成長度(mm)，便可測得機械套準精度，無需上墨和紙板，節省了大量的材料，同時也縮短了調試的時間。
4 性能及特點
(1) 由于采用伺服傳動，其高速、高精度、高響應的特性使生產速度極大提高，傳統設備通常最高生產速度為80p/min，本系統可將設備生產速度提高一倍，達到160p/min。
(2) 系統的閉環設計和快速響應能力使設備在高速生產下仍能保持極高的控制精度，套印偏差≤±0.25mm~0.4mm(視機械狀況而定)。
(3) 電子凸輪真空吸附送紙機構改變傳統后推式進紙方式，不會造成紙板彎曲甚至無法進紙，還可避免紙板定位不準，從而保證套印精度，在此基礎上還極大提高了送紙速度。另外，電子凸輪的應用使轉型生產非常簡便，無需調整任何設備機構。
(4) 系統自適應同步控制，只需改變送紙輥或任一印刷版輥的速度，其余輥筒自動跟進，始終保持線速度和相位同步，送紙頻率和送/停紙時機也隨之改變，保證套印精度和位置。
(5) 電子凸輪和配方功能使轉型生產變得十分簡單，無需調整機械機構，只要在人機界面上改變生產料號，即可輕松實現。
(6) 設備每次運行前印刷版輥都要找到其初始相位，傳統設備通常采用高精度編碼器來定位，本系統可省去這項投入，并通過程序將這項工作簡單化，操作人員只需按照人機界面上的提示進行操作即可。另外，由于掛版或安裝維護等造成的初始相位偏移，也可在人機界面上隨意調整，無需停機或斷電。
(7) 現場總線系統的應用使設備省掉了大量繁瑣的安裝配線工作和占用空間，保障了信號傳輸的穩定、快速和準確，增強了系統的可維護性。
5 結束語
由于系統具有上述特點，尤其是其高效、高精度、高靈活性的優勢，應用在設備上后引起眾多包裝、印刷企業關注。但此類技術目前國內只有幾家采用，且多為引進或合資合作技術，尚無自主知識產權，其高昂的價位也令許多企業，特別是中小企業望而卻步。根據市場需求，我們開發出本系統并介紹給大家，真誠希望能對大家有所啟發，促進此項技術在國內的推廣，為更多企業創造更好的效益。