自從發(fā)明了活字印刷術(shù)以來(lái),印刷技術(shù)經(jīng)歷了幾千年的發(fā)展，已趨于成熟。但隨著工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展,印刷機(jī)的控制技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，越來(lái)越向數(shù)字化發(fā)展。而自動(dòng)控制系統(tǒng)的使用使復(fù)雜的印刷工藝變得簡(jiǎn)單精確，并且越來(lái)越多的機(jī)械部分也由電氣系統(tǒng)所取代。下面將介紹一下安川運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在無(wú)軸間歇式印刷機(jī)上的應(yīng)用。圖1示出了無(wú)軸間歇式印刷機(jī)的示意圖。

                           圖1  無(wú)軸間歇式印刷機(jī)示意圖
印刷原理

                              圖2  印刷軸與拖料軸之間的動(dòng)作關(guān)系
    印刷軸與拖料軸之間的動(dòng)作關(guān)系如圖2所示。各印刷軸沒(méi)有傳動(dòng)螺桿連接,各自進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行，由于印刷模板長(zhǎng)度的限制，不能進(jìn)行滿版印刷,印刷軸以一定速度單方向勻速運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)印刷版開(kāi)始接觸紙張(圖2a)時(shí),紙張與印刷軸線速度相等(圖2b)，且方向相同,開(kāi)始印刷。當(dāng)印版印刷動(dòng)作結(jié)束時(shí)(圖2c),即紙張與印刷版脫離運(yùn)行時(shí),紙張開(kāi)始減速停止并反方向運(yùn)行一段距離(圖2d)。當(dāng)印版再一次與紙張接觸開(kāi)始印刷時(shí),紙張保持與印刷滾筒線速度相同方向相同，這樣在印版與紙張接觸時(shí)始終保持印刷軸與紙張的同步關(guān)系,當(dāng)印刷軸與紙張脫離時(shí)紙張作回退動(dòng)作時(shí)，在整個(gè)動(dòng)作過(guò)程中兩拖料軸始終同進(jìn)、同退保持同步。通過(guò)在印刷軸空版時(shí)紙張的回退,相鄰的印刷圖案可以精密地排列,節(jié)省了紙張，所以半輪轉(zhuǎn)印刷在一些窄幅印刷機(jī)上應(yīng)用很普遍。

電氣原理
    應(yīng)用在這種印刷機(jī)上的電氣系統(tǒng),首先,由于采用無(wú)軸印刷,各印刷軸之間沒(méi)有機(jī)械連接,所以得保證若干印刷軸之間高精度同步運(yùn)轉(zhuǎn),從而保證多種色彩之間套色精準(zhǔn)。其次,由于作間歇式印刷動(dòng)作,兩拖料軸不僅要同步運(yùn)行,還要根據(jù)印刷主軸的位置作前進(jìn)與回退動(dòng)作，這就要求上位控制器擁有高速和復(fù)雜的運(yùn)算能力。普通的PLC已經(jīng)很難達(dá)到這樣的要求，除此之外,要保證印刷機(jī)可以高速、高效率的工作,高響應(yīng)性的電機(jī)也是必不可少的。

                                     圖3  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
    系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。在該系統(tǒng)中作為上位機(jī)的安川MP2300運(yùn)動(dòng)控制器是一款集多種功能于一身的高速高性能控制器,最多可以控制48根軸,可以根據(jù)具體要求選用不同的控制模塊以實(shí)現(xiàn)各種功能。可以進(jìn)行定位、恒速進(jìn)給、插補(bǔ)、扭矩控制和相位控制，還具有齊全的通信功能,具備RS232、RS485、RS422、Ethernet、DeviceNet、Profibus等通信協(xié)議。另外,還具備發(fā)脈沖和模擬量信號(hào)的功能。除此之外MP2300也可以接收外部編碼器信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，對(duì)于要進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的兩拖料軸來(lái)說(shuō),安川高響應(yīng)型的伺服電機(jī)完全可以滿足要求,這款電機(jī)具有高響應(yīng)頻率.最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到5000r/min。
    在各電氣設(shè)備的通信中,安川MP2300運(yùn)動(dòng)控制器采用MECHATROLINK-Ⅱ高速現(xiàn)場(chǎng)總線(通信速率為10Mbps)與各軸伺服電機(jī)進(jìn)行通信。從而大大縮減了通信線路,實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化的連接，同時(shí)也減小了受干擾的可能性。通過(guò)RS232/RS485連接的觸摸屏作為人機(jī)界面，通過(guò)RS232/Ethernet等與上位機(jī)進(jìn)行通信。整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作處理和邏輯運(yùn)算都由MP2300運(yùn)動(dòng)控制器完成,程序的編制則通過(guò)MP2300編程軟件MPE720在上位機(jī)中來(lái)完成的，編程語(yǔ)言為類似于PLC的梯形語(yǔ)言。.除此之外，MP2300還具有文本語(yǔ)言程序編輯器—運(yùn)動(dòng)程序以及函數(shù)調(diào)用等功能,多種形式的編程語(yǔ)言可以大大方便復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)。

解決方案
    首先,為了各種顏色的印刷軸之間保持同步運(yùn)行,在安川MP2300控制器中，使用了電子軸功能,實(shí)現(xiàn)無(wú)需機(jī)械傳動(dòng)軸的無(wú)軸同步運(yùn)行。.電子軸功能是安川MP2000系列控制器中一種帶位置補(bǔ)償?shù)乃俣瓤刂乒δ埽泊ㄖ你U筆芯試驗(yàn)(兩臺(tái)伺服電機(jī)相對(duì)著作高速加減速運(yùn)行,中間以0.5mm鉛筆芯連接,在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中保持鉛筆芯不斷裂)就是使用了電子軸功能。但是，在印刷過(guò)程中,由于紙張的伸縮性很大,印刷軸絕對(duì)的同步往往使印刷出的圖案會(huì)有錯(cuò)位,傳統(tǒng)的解決方式是進(jìn)行機(jī)械微調(diào)套準(zhǔn),現(xiàn)在使用MP2300運(yùn)動(dòng)控制器的位置補(bǔ)償功能,只需在上位機(jī)上輸入補(bǔ)償值，即可在各印刷軸之間進(jìn)行套準(zhǔn)作業(yè)，大大簡(jiǎn)化了操作,實(shí)現(xiàn)了智能化。
    其次,由于印刷機(jī)采用間歇式印刷,所以兩拖料軸作前進(jìn)、后退和再前進(jìn)動(dòng)作，在此過(guò)程中,拖料軸不僅要在勻速印刷時(shí)與印刷模版同步運(yùn)行,還要根據(jù)印刷主軸的位置作凸輪運(yùn)轉(zhuǎn),在MP2300控制器中采用了電子凸輪功能,即根據(jù)印刷主軸的位置作任意規(guī)定軌跡的運(yùn)行。
    如圖4所示:把印刷軸的一轉(zhuǎn)設(shè)定為一個(gè)周期,即360°,在MP2300的程序編輯中,可以假定人為規(guī)定0-x度時(shí)拖料軸從0r/min加速到印刷主軸的運(yùn)行速度,x-y度(具體長(zhǎng)度根據(jù)印刷版的長(zhǎng)度來(lái)設(shè)定),拖料軸拖動(dòng)紙張與印刷軸同步印刷，y-z度減速停止,z-360度之間拖料軸回退一定距離，這樣再進(jìn)行下一個(gè)印刷周期。
    所以拖料軸不僅可以保證在印刷版接觸紙張印刷時(shí)速度和印刷版同步,還可以在印刷主軸運(yùn)行到指定位置時(shí)作返回動(dòng)作,不會(huì)出現(xiàn)紙張與印刷版的位置偏離,避免了印刷軸拖紙現(xiàn)象的發(fā)生。這些工作現(xiàn)在只需要在MP2300運(yùn)動(dòng)控制器中完成,省去了傳統(tǒng)機(jī)械的凸輪機(jī)構(gòu)和相位校對(duì)機(jī)構(gòu)。    

    

                       圖4  拖料軸與印刷主軸的關(guān)系 
     由于兩拖料軸都使用電子凸輪功能,而電子凸輪功能擁有專門的速度補(bǔ)償參數(shù),所以在前后拖料軸之間設(shè)定一定的速度補(bǔ)償差值,就可以使兩拖料軸之間的紙張始終處于漲緊狀態(tài),從而更好地保證印刷的效果.
     另外,印刷機(jī)上的各種功能，都可以在MP2300運(yùn)動(dòng)控制器中完成。印刷前所需要的漲緊紙張和勻墨工藝,在以前都需要人工調(diào)整機(jī)械和勻墨電機(jī)完成，現(xiàn)在都可以由安川伺服電機(jī)完成,不需要單獨(dú)設(shè)立勻墨電機(jī)和機(jī)械調(diào)整。在傳統(tǒng)間歇式印刷機(jī)工作過(guò)程中收紙和放紙的速度由于紙張進(jìn)給的往復(fù)性很難做到均勻,由于MP2300對(duì)收、放紙電機(jī)也進(jìn)行了通信和控制,所以通過(guò)對(duì)控制器內(nèi)部程序的編制，可以跟隨印刷速度的變化做到均勻收、放紙，收放的紙卷質(zhì)量大大提高,避免了機(jī)械機(jī)構(gòu)的卡紙現(xiàn)象。
        該系統(tǒng)要在高速下運(yùn)行，尤其是拖料軸要完成高速、高精度往復(fù)運(yùn)動(dòng),對(duì)上位機(jī)的處理能力、伺服電機(jī)的響應(yīng)性和系統(tǒng)內(nèi)部的通信速率都有很高的要求。筆者選用的安川MP2300運(yùn)動(dòng)控制器、安川高響應(yīng)伺服電機(jī)和MECHARTROLINK-Ⅱ現(xiàn)場(chǎng)總線都很好地滿足了這些要求。

結(jié)語(yǔ)
    使用了安川運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的無(wú)軸間歇式印刷機(jī)，相比于以前的有軸印刷機(jī),不僅省去了機(jī)械傳動(dòng)部分和校準(zhǔn)部分,實(shí)現(xiàn)了各印刷軸之間的獨(dú)立控制運(yùn)行,而且使間歇式印刷的精確度有了很大的提高。各種功能實(shí)現(xiàn)了集成化和智能化控制。對(duì)控制軟件的編制和改進(jìn)使原來(lái)復(fù)雜的操作工作變得簡(jiǎn)單易行，隨著安川運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的不斷升級(jí)與改進(jìn),相信其在印刷行業(yè)的應(yīng)用將更加地廣泛與深入。