全伺服系统解决方案在瓦楞纸无轴印刷中的应用

1 引言

瓦楞纸箱是一种十分优良的绿色包装材料，广泛应用于人们的社会生活各个方面，是家电、食品、医药、日化、纺织、烟酒、轻工业等行业必不可少的包装容器。

随着社会不断发展和消费水平的提高，人们对商品包装的要求也不断提高。如何展现包装魅力、美化商品图案、引导消费、提高产品附加值也是增加企业竞争力的一个重要因素。目前，瓦楞纸箱的印刷逐步向高档次、高质量、多色彩、视觉效果强烈的方向发展，以彩面多色网点印刷为方向[1]，使印刷图案达到色彩鲜艳，光泽度好、美观的效果，这就对瓦楞纸产品印刷精度方面提出了更高的要求。

印刷机的机械加工误差和电气控制精度是影响产品印刷精度的两个重要因素。机械误差主要来源于齿轮之间的间隙、同步带、机械轴安装是否同心等。另外，部分印刷机械设备采用机械主轴方式，为减小机械误差，必须提高机械加工精度，维护成本较高；电气控制精度主要由伺服驱动器、伺服电机等精度决定。为提高印刷精度，可采用以下方式：一是机械上除提高加工精度外，还可以取消机械主轴，使用电气虚拟主轴替代机械主轴；二是采用合理的自动化系统解决方案，并使用高性能、高精度的伺服驱动器及伺服电机。

Lenze公司主要进行高精度、高性能的伺服驱动产品的研发，致力于为客户提供优质的印刷自动化系统伺服解决方案，本文从典型的开槽模切印刷设备介绍了此应用系统解决方案。

2 设备主体结构

瓦楞纸印刷设备类型是多种多样的，但主体结构主要由送纸单元、印刷单元、干燥单元、模切单元等组成，如图1所示。其中，由于设备功能不同，部分印刷设备会将模切单元更换为其他设备。

送纸单元主要由进纸轮、抬板、挡板、送纸辊等组成。挡板可上下移动，根据瓦楞纸原料厚度上下调整，以保证送纸轮每次仅送进去一张瓦楞纸，上面一张纸则被挡板挡住;

抬 板可通过两种方式进行驱动，一种是通过机械凸轮耦合方式与主轴相连，通过主轴驱动抬板做凸轮运动;另外一种方式则通过伺服电机驱动，使抬板进行凸轮运动。 进纸轮由四组滚轮组成，主要将印刷纸板送入后续印刷单元中，进纸轮由一台伺服电机驱动。为灵活适用多种产品规格印刷及维护方便，目前比较流行的方式为进纸 轮和抬板均采用伺服电机驱动方式;

送纸辊由一台伺服电机驱动，将印刷纸板送入后续印刷单元中。纸板在进入送纸辊之前，线速度需达到送纸辊线速度，即生产线速度，以保证纸板在送纸辊之间不会发生打滑或者拉伸，进而影响后续印刷精度。

印 刷单元是瓦楞纸印刷主体结构，也是核心关键结构。这部分机械精度直接影响到印刷精度。图1所示为6色印刷单元，每色单元分别由网纹辊、印刷版辊、传送轮组 等组成，图1仅画出印刷辊及传送轮。印刷单元色数可以根据需要进行调整，可改为4色或者其它数目，但色数增多意味着对机械精度要求更高，印刷更加复杂。印 刷辊筒和传送轮可通过机械耦合方式由一台伺服驱动，也可以两台伺服同时驱动，本文则采用后一种全伺服方式。

干燥单元主要采用热风干燥、红外线干燥、紫外线干燥等方法，用热风与红外线加热相结合的干燥方法效果更佳[2]。
模切单元由胶辊和模切辊组成，通过两台伺服电机分别驱动。模切单元将印刷产品通过模切压痕制成精美箱盒产品。

3 产品介绍

1) 控制器3200C

3200C是Lenze推出的一款强大的高性能运动控制器PLC，主要用于高精度、高动态响应的运动控制。操作系统采用WinCE系统，软件开发平台为CoDeSys平台，最小运行扫描时间为1ms。

内置两个Ethernet 百兆以太网口、一个百兆EtherCAT接口、一个DVI接口。通讯可选件包含Profibus DP master、Profibus DP Slave、CANopen模块。

可扩展IO模块，IO模块包含数字量输入DI、数字输出DO、模拟量输入AI、模拟量输出AO、编码器速度测量等模块。

2) 伺服9400

伺 服9400是Lenze高精度伺服控制器，尤其适用于集中式、紧凑型单轴、多轴安装系统。该伺服采用32位处理器，具备极高的运算及控制精度;伺服内部具 备PLC编程功能，客户不同的需求可以通过编程灵活实现，扫描时间达到1ms;此外，通过选择不同的通讯模块，9400伺服控制器可以快捷地与第三方 PLC或者其他伺服驱动器通讯，如Profibus DP、ProfiNet、EtherCAT等模块。

3) 伺服驱动器i700

伺 服驱动器i700是Lenze公司最新推出的一款多轴伺服驱动器，除具备伺服9400高精度的特性外，还具备较高的性价比。伺服轴模块分为单轴模块、双轴 模块，使用时可以灵活组合，轴模块之间通过母线并联，轴模块供电集中统一通过直流母线供电;通讯采用集成的高速工业以太网EtherCAT与3200C或 者第三方运动控制器PLC通讯。安装方式有冷板安装，推出式散热，柜内安装三种安装方式，功率范围为 0.75kW 到 15 kW。

4 全伺服自动控制系统结构

图2为典型的Lenze无轴印刷全伺服控制系统结构图，主要硬件结构包含Lenze触摸屏MP1000、3200C运动控制器、Lenze伺服控制器及Lenze伺服电机。