一、凹印機簡介：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。凹印機一般由放卷裝置、進(jìn)料牽引、主機牽引、出料牽引、收卷裝置組成，其標(biāo)準(zhǔn)配置是常見的七電機系統(tǒng)。(含收卷、放卷的自動換卷)。卷材印刷時，需要一定的張力將材料張緊進(jìn)入印刷單元，并在啟動、運行、換卷、停車等過程中保證張力穩(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械驅(qū)動控制的技術(shù)核心，若張力控制穩(wěn)定，張力波動小，機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實現(xiàn)。在無軸系統(tǒng)中也有用各色組驅(qū)動電機的速度差來實現(xiàn)。（此課題暫不在此專門討論展開。） 　　張力控制系統(tǒng)一般有檢測、運算控制和驅(qū)動裝置組成。 　　檢測部分一般由張力傳感器或浮動輥組成，近年來由于浮動輥在卷料換卷過程中對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輥檢測。 　　運算控制一般由 PLC、工控機或DSP來完成。近年來由于PLC的大量普及，性能價格比好，運算速度逐年提高，所以大部分采用PLC來做張力控制。一般將浮輥信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后直接進(jìn)入PLC，由PLC進(jìn)行卷徑計算、恒線速度控制、和各段張力的PID運算，并將結(jié)果通過模擬量DA的方式傳給矢量變頻器。 　　變頻器在整個控制系統(tǒng)中即作為驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)又作為張力的調(diào)整裝置。因此對變頻的調(diào)速范圍和精度、轉(zhuǎn)矩精度、動態(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)張力控制是通過一臺PLC來完成，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（原來的6色加到13色）和輔助控制點數(shù)的增加（壓輥、風(fēng)機、油墨粘度控制等等），對于循環(huán)掃描方式運算的PLC的CPU來講，有點不堪重任，就算將一些輔助控制移到另一臺PLC來完成，但實際的4段張力所需的運算時間用較先進(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的獨立算法來計算各段張力并直接控制驅(qū)動變頻來調(diào)節(jié)張力，即按控制功能的種類或需要每個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，我們在研究了三菱的資料后，覺得引入該卷取變頻不失為一個值得去試驗的好方案。 　　

四．三菱卷取專用變頻的功能和特點 　　1．內(nèi)部自帶浮輥專用PID軟件，可以直接接受浮輥電位器信號。 　　 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償。 　　 ③ 具有斷料報警功能。

　　2．卷徑計算功能 　　 ① 直接可以計算卷徑  D=V/πnZ  (V線速度，n轉(zhuǎn)速，Z速比) 　?、?初始卷徑的多種計算方法或直接設(shè)定。 　　 ③ 啟動時的P和I 可單獨調(diào)整。 　?、?速度增益可隨卷徑變化而分段設(shè)定自動切換。 　?、?自動產(chǎn)生用于錐度控制的張力設(shè)定信號輸出。 　　⑥ 收/放卷長度的檢測和控制輸出 。

　　3．卷徑演算型恒張力控制（轉(zhuǎn)矩控制模式） 　　① STALL 失速控制 　?、?加減速慣性補償 　　③ 機械損耗補償 　?、?再生回避功能

五.  新方案的實現(xiàn)和系統(tǒng)構(gòu)成： 　　系統(tǒng)由七臺電機傳動控制，分別為兩個收卷（A740 -7.5K-A1）、兩個放卷（A740 -7.5K-A1）、主機（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分別直接接到各自的變頻，由各自變頻內(nèi)置的浮輥運算模塊分別并行運算控制。如圖所示：

  　　控制系統(tǒng)特點： 　?、?nbsp; 由于各變頻都帶卷徑計算和補償功能，所以我們使各變頻按照線速度同步要求運轉(zhuǎn)，版周長的變化和收放卷的直徑變化都預(yù)先得到補償控制。 　　⑵  由于整個系統(tǒng)預(yù)先已做到線速度同步，使得浮輥僅用于張力波動引起的速度補償控制，實測浮動輥的調(diào)整量只有0.1-0.3HZ，即位置波動小。且由于是多CPU的獨立計算，使得系統(tǒng)的響應(yīng)明顯加快，在250米/分鐘高速不停機接料時張力波動非常小。據(jù)初步測算，系統(tǒng)的響應(yīng)時間可以比單CPU方式的PLC提高10-20倍，大約在1-2ms 。 　　⑶  由于可以通過參數(shù)預(yù)置初始卷徑，所以根據(jù)當(dāng)前的實際線速度和預(yù)置卷徑來控制預(yù)驅(qū)動速度。實測預(yù)驅(qū)動變頻的線速度和舊軸線速度相當(dāng)吻合，接料張力波動較小。 　　⑷ 由于A740-A1都自帶485通訊接口，F(xiàn)X3U和A740之間有專用的通訊指令，所以整個系統(tǒng)采用485通訊設(shè)定修改參數(shù)， 且編程相當(dāng)方便 　　

六． 未來展望 　　經(jīng)過我們現(xiàn)場的實際應(yīng)用和調(diào)試，證明用三菱的卷取專用變頻來構(gòu)成   的印刷機標(biāo)準(zhǔn)七電機的張力控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點: 　　1． 采用多CPU的并行算法，使系統(tǒng)的響應(yīng)時間大幅度提高，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，既縮短了處理時間又節(jié)省了成本。 　　3． 三菱的卷取專用變頻只是在軟件上加入卷取模塊，沒有增加其它費用，所以如果算上減少的AD/DA 模塊，整個系統(tǒng)的性價比反而提高，有一定的實用價值。 　　4． 由于我們的客戶在價格上控制成本，所以我們在系統(tǒng)設(shè)計時比較精算成本，如果要進(jìn)一步提高性能來講，由于三菱的A740可以配CC-Link通訊卡，來提高通訊的可靠性。在有些高速同步運行的印刷機中,也可選配SSCNET-III（伺服系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)）的專用附件，作為伺服產(chǎn)品使用，使得A740-A1在印刷機的無軸控制中得以發(fā)揮她的卓越性能。這也是我們廠今后的發(fā)展目標(biāo)。

　　瑞安信旭印刷包裝機械有限公司   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株式會社名古屋製作所  　　ダンサ制御機能付きインバータ  ＦＲ－Ａ７□０－□Ｋ－Ａ１ 　?、谌怆姍C自動化(上海)有限公司                      FR-A00使用手冊(應(yīng)用篇)