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包装印刷自动套色系统中高性能变频器的应用
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| 1 引言 在科学技术日新月异的当今时代，为满足现代人对商品包装精美化的要求，对包装印刷生产线的位置跟踪的精确度要求越来越高。将各类先进技术以群体综合应用方式应用于包装线上，以谋求实现包装印刷生产线高自动化、高效能已迫在眉捷。而全数字化交-直-交交流变频伺服驱动器MSD0421A控制精度高、响应速度快、抗干扰性强，将它与PLC一起应用于包装线上形成闭环位置控制器有非常重要的意义。它解决了包装印刷上靠人工进行初始定位难，定位误差大，动态调节慢，传动中易错位，套色较困难等许多问题。 2 MSD系列全数字式交流伺服系统的特点、操作 我们使用日本松下变频器是数字调速系统，采用了专用的数字信号处理器(DSP芯片)，硬件标准化，通用化，是一个多微处理器全数字化的闭环控制系统。系统软件中有操作系统、数据传输、监视、诊断及标准功能模块子程序等。在应用中采用图形编程语言，根据不同的传动系统结构，把系统所需要的模块调出并组接起来，就构成一个专用的传动系统。实际上它一种实时控制系统的可编程控制器，由于用微处理器作为控制系统的核心部件，不仅可以按照各种控制思想及数学模型进行在线地快速计算与控制，而且还有监视、显示、保护、故障自诊断及自复原等功能。 2.1 特点 MSD全数字式变频器功能强大，适用于高性能位置控制器，它有38个参数设置，6种控制方式，其中脉冲串位置控制最为独特。因为它使用一定频率的脉冲信号作为代表位置命令的输入信号，在复杂的工作现场中，它比模拟速度输入信号精度高，抗干扰性强。 (1) MSD系列具有各种参数可以用来调节系统的特性和功能，正确设定这些参数，可以使系统获得最好的运动状态。 (2) 监视功能，如偏差脉冲数监视、电动机转速监视、电动机转矩监视。 (3) 显示CNI/F的输入/输出控制信号状态。 (4) 显示故障原因及历史。 (5) MSD系列内部的动态制动可用于紧停。 (6) 保护功能，如:过压保护、过流保护、过速保护等。 (7) 由计算机对MSD进行监视和操作。通过RS232C串行接口，可将计算机与MSD相连，并且由计算机对MSD进行控制和操作，用户可以通过计算机对所连的MSD进行参数设置和修改，也可以通过计算机的CRT来监视MSD的工作情况。 2.2 脉冲串位置控制误差的操作 (1) 试运行时电机轴上不加负载，由于电机加减速有冲突，必须固定电机。 (2) 如果用带制动器的电机则先释放制动器。 (3) 在没有加主电源前，先加DC12~24V电压。 (4) 加主电源到驱动器。 (5) 当SERVO-ON时，电机就处于待运行状态。 (6) 在位置控制方式时，使偏差计数器零信号CL释放,使脉冲指令禁止信号INH释放，电机就处于SERVO-LOCK状态。 (7) 置参数NO.02为零，此方式是位置(脉冲串)控制方式。 (8) 设置参数NO.29为参数值，电机转速正比于输入脉冲频率f×P25/P26×P27=2500×4×n/60。 3 包装印刷自动套色原理 套印出现误差有诸多原因，例如导辊和压辊的平行度转动不灵活，运动平衡不良，张力的波动，印料厚薄不均，印料热变形及印版辊的直径误差等，这种套印偏差在性质上是连续变化的，而偏差量也不是定量[4]。所以必须不断地监视套印误差并及时加以修正，人工套色时通常由印刷工肉眼观察套印误差，凭经验手动调节修正辊的移动来补偿套印误差，因而大大限制了印刷速度及套色精度，而采用自动套色系统则可以提高印刷速度和套色精度。
4 套色自动化系统简介与方案设计 本系统由一台PC机，S7-200CPU214/EDC可编程控制器，MSD变频伺服系统组成控制核心，其结构如图2所示。
在整套印刷中，一般采用改变印版滚角的转动角度以达到调整印刷位置的目的，其闭环控制如图3所示。
5 软件设计 本系统的软件包括主程序、初始化对零程序、计数子程序、集成脉冲输出子程序。 5.1 初初始化对零处理 如图4所示，初始化对零程序的任务是使系统一合电源，包装印刷机就自动地对某个给定值进行跟踪而减少错位。当编码器的回0脉冲一到就起动高速计数器，PLC一旦检测到色标信号就立即读取计数值送入存贮器中。
首先把高速计数器HSC1的控制字节SMB47置为16#FC，其含义为:正方向计数，可更新预置值(PV)，可更新当前值(CV)，激活HSC1。 然后，用指令HDEF把高速计数器HSC1置成工作模式1，即只有复位没有起始输入，也没有方向选择。当前值SMD48复位为0，预置值SMD52置成FFFF(16进制)。当色标传感器的色标脉冲信号输入到PLC的I1.0就引起中断,读取计数器当前值。用指令HSC1启动高速计数器。 5.3 集成脉冲输出子程序 CPU214/DC有两个脉冲输出，可以用来控制交流驱动器的脉冲，接线图如上述程序流程图如图5所示。
(a) 按“START”(起动)按钮，在输入端I1.0产生脉冲上升沿(从0到1) (b) 无联锁，即联锁标志M0.2=0 (c) 电机处于停止状态，即操作标志M0.1=0 如果同时具备上述3个条件，则将M0.1置位，控制时执行PLSO指令，在输出端Q0.0输出脉冲，其他必须预先具备的条件，已经在首先扫描(SM0.1=1)设置，主要是脉冲输出功能的基本数据，例如时基、周期和脉冲数。 (2) 停止电机:停止电机的两个条件 (a) 按“STOP”(停止)按钮，在输入端I1.1产生脉冲上升沿(从0到1) (b) 电机处于运转状态，即操作标志M0.1=1 如果同时具备上述2个条件，则将标志M0.1复位，并中断输出端Q0.0的脉冲输出。 (3) 联锁 为保护人员和设备的安全，在按“STOP”按钮(I1.1)之后，必须规定驱动器联锁，将联锁标志M0.2置位，立即关断驱动器，只有在M0.2复位后，才能重新起动电机。当“STOP”按钮松开后，为防止电机的意外起动，只有在“START”按钮和“STOP”按钮(I1.1)都松开后，才能将M0.2复位，如要再次起动电机，则必须再发出一个起动信号。 5.4 主程序 当系统投入工作时，主程序的任务就是根据PLC把随机读到的计数值与标准值相比较，而得到的偏差值，调节电机正转或反转。程序流程图如图6所示。
在包装印刷系统中我国与国外先进水平存在明显差距，国内大多数先进生产线都采用进口设备。我们采用了全数字式变频器驱动交流伺服电机作为校正装置。由于它采用的是脉冲串位置控制方式，它可以利用PLC高速计数器与集成脉冲输出功能。通过实验检测，该套装置控制精度高，动态响应快。
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