全伺服系统解决方案在瓦楞纸无轴印刷中的应用

3200C运动控制PLC是整个运动控制系统的核心，它包含了设备运行所需要的虚拟主轴控制、电子凸轮控制、相位同步控制等印刷所需要的核心控制功能。3200C与伺服9400、伺服驱动器i700通讯采用通讯速率高达100Mbps的通讯网EtherCAT。EtherCAT 是一种实时工业以太网技术，它充分地利用了以太网的全双工特性[3]。除具备高速通讯速率外，使用EtherCAT作为总线使方案拓展更具灵活性，符合EtherCAT协议的设备均可拓展到此系统结构上。3200C则通过EtherCAT网络统一协调所有设备的运转。

伺服驱动器使用Lenze性价比较高的i700驱动器，i700是Lenze在伺服驱动器领域的新产品，i700分为单轴和双轴模块，双轴模块可以分别独立驱动两台伺服电机。i700内部不包含驱动程序，仅包含最基本的位置环、速度环、电流环等控制闭环，所有的设定值、控制命令等设定数据均由3200C通过EtherCAT过程数据通道下发。此外，部分设备如前缘进纸功率较大，因此需采用伺服9400，伺服9400采用Lenze CIA402模式，其控制思路与方法则与i700相同，均由3200C通过EtherCAT总线下发设定值和控制字等命令来控制驱动器。

Lenze触摸屏MP1000通过DVI线与3200C通讯。由于运动控制器3200C支持OPC Server及以太网自由口通讯，3200C可以与支持OPC协议或者以太网自由口通讯的触摸屏通讯。伺服电机则采用Lenze自身品牌的伺服电机。

系统电源供电较为灵活，i700伺服驱动器可由i700电源模块直流DC母线供电，并可以根据负载大小调整电源供电模块数量，电源模块之间并联连接；9400则可以外接380V，也可以选择一款大功率的供电模块，通过直流DC母线同时为9400及i700供电。

5 系统主要功能

1) 无轴印刷

在3200C中，使用虚拟主轴取代机械主轴作为设备控制的主轴，避免机械主轴的设备维护成本及控制精度差的特点。所有印刷单元及其它设备均根据虚拟主轴运行，以保证印刷设备动作的统一协调性和印刷精度。这样，通过控制虚拟主轴的运转就可以控制印刷全线的运转。

2) 相位同步

相位同步是印刷中极为重要的功能，相位同步控制精确与否直接影响到产品的印刷精度。在多色印刷中，为保证印刷精度和印刷图案精美，必须保证多色印刷单元的十字标紧紧的重合在一起，就需要精确的相位同步控制，同时提高系统的鲁棒性。

3) 相位回零

在操作人员进行印刷单元维护或者在更换印版时，进行点动或其它操作使各印刷单元相位偏离原来的初始印刷位置。为了使各印刷单元十字标重合，再次印刷之前，需要将各印刷单元相位调整到初始设定好的某一固定位置。

4) 印版压力修正

在印刷过程中，由于印版压力的影响，会导致印刷在纸板上的图案整体拉伸或者压缩，进而影响后续印刷精度或则图案精美度。为减小压力对纸板印刷的影响，可通过Lenze电气控制程序上来补偿此压力影响。

5) 凸轮曲线控制

在前缘进纸单元中，纸张进入拉纸辊或者印刷单元前，需要达到生产线速度。因此，纸张需要从静止加速到同步生产线速度，实现此要求还需要抬板动作进行配合。这样，进纸轮和抬板就需要在运动控制器3200C中使用不同的凸轮曲线进行协调控制纸张进纸速度。

6) 印刷单元双伺服控制

通常，印刷单元滚筒和传送轮由一台伺服电机控制，滚筒和传送轮之间通过同步带或者机械齿轮耦合。这样会带来两种问题，一是滚筒和传送轮之间多一级机械结构，就会带来多一级的机械误差，这会直接影响印刷精度；二是无法通过电气程序对印版压力进行修正，当印刷图案整体拉长或者压缩时，电气无法通过伺服驱动对滚筒和传送轮分别进行相位调整。为解决这些问题，印刷滚筒和传送轮可采用双伺服电机分别控制相位的方式。

6 Lenze亮点

1) 运动控制器3200C具备强大的运算功能，在多达20根轴的情况下，程序运行时间1~2ms。
2) 3200C虚拟主轴概念的使用实现了无轴印刷，使全线设备控制更具协调性。
3) Lenze新产品i700的使用不仅具备较高的伺服控制精度，还具备较高的性价比。
4) 总线EtherCAT不仅具备较高的通讯速率，其协议的开放性也使方案扩展变得极为容易。
5) 工程人员可通过以太网远程监控、维护客户现场设备，快速响应现场客户需求及降低成本。

7 结论

我国瓦楞纸箱印刷行业的起步较晚，但发展较为迅速。目前，市场竞争激烈，如何印刷出精美的图案，提高市场竞争力是企业的迫切需求。Lenze公司在这一领域有整套电气解决方案。其强大的运动控制器 3200C和高性能的伺服9400、i700及同步伺服电机是高精度电气控制的重要保证。EtherCAT总线的应用为系统的扩展性提供了极大的便利，i700伺服驱动器双轴模块、单轴模块是较高性价比的伺服驱动器。随着行业的发展，Lenze公司将为客户提供更为优质的服务和系统解决方案，Lenze将与客户共同发展。

8 参考文献
1．张学中. 国内外瓦楞纸箱的发展和未来趋势[EB／OL]. http://news.pack.cn/hydt/xzyc/2007-03/2007031510192743.shtml, 2007-03-15
2. 唐万有，蔡圣燕，王丰军等. 《印后加工技术》[M]. 北京；中国轻工业出版社，2007. 46。
3. 郇极 刘艳强 .《工业以太网现场总线EtherCAT驱动程序设计及应用》[M]. 北京： 北京航空航天大学出版社，2010.03. 5(end)