摘要 :以快速、高精度跟蹤為主要目標(biāo)的位置伺服系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用于高精度位置控制的主要控制方式之一，其驅(qū)動(dòng)信號(hào)為代表位置命令的脈沖信號(hào)。介紹了利用高性能數(shù)據(jù)采集卡PCL-718的脈沖計(jì)數(shù)功能、脈沖輸出功能與全數(shù)字變頻器MSD系列的脈沖位置控制功能組成的一種應(yīng)用于包裝印刷傳動(dòng)系統(tǒng)中的高精度位置控制系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了硬件與軟件的開發(fā)。 關(guān)鍵詞：包裝印刷傳動(dòng) 工控機(jī) 變頻調(diào) 速位置控制系統(tǒng) Abstract:Position servo system which has high accuracy and possessed speed tracing performance is one kind of control system that has been widely applied with high accuracy position control, its driving signal is pulse which presents position. In the paper we put forward to combine the pulse counting function and pulse output function of the date sampling card PCL-718 with pulse position controlling function of the digital variable frequency controller MSD0421A to form the high accurate position servo system, which is applied by driving of binding and printing. Also, the hardware and software for the control ways is developed. Keywords:driving of binding and printing industrial compute speed regulating transducer position controlling system. 1 引言 包裝印刷傳動(dòng)控制系統(tǒng)在我國應(yīng)用較廣的是微機(jī)控制方式，這種控制系統(tǒng)具有體積小、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，但也存在干擾大、開機(jī)時(shí)校對(duì)難的缺點(diǎn)。而全數(shù)字化交一直一交變頻伺服驅(qū)動(dòng)器MSD0421A有脈沖位置控制功能，它利用脈沖的個(gè)數(shù)代表位置的大小，因此具有控制精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，將它作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)與智能數(shù)據(jù)采集卡PCL-718一起形成閉環(huán)位置控制器應(yīng)用于包裝線上有非常重要的意義。它可解決包裝印刷上靠人工進(jìn)行初始定位難，定位誤差大，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)慢，傳動(dòng)中易錯(cuò)位，套色較困難等許多問題。 2 包裝印刷自動(dòng)套色原理 套印出現(xiàn)誤差有諸多原因，例如導(dǎo)輥和壓輥的平行度轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、運(yùn)動(dòng)平衡不良、張力的波動(dòng)、印料厚薄不均、印料熱變形及印版輥的直徑誤差等，這種套印偏差在性質(zhì)上是連續(xù)變化的，而差量也不是定量。所以必須不斷地監(jiān)視套印誤差并及時(shí)加以修正，人工套色時(shí)通常由印刷工肉眼觀察套印誤差，憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)修正輥的移動(dòng)來補(bǔ)償套印誤差，因而大大限制了印刷速度及套色精度，而采用自動(dòng)套色系統(tǒng)則可以提高印刷速度和套色精度，是完全必要的。圖 1 為 凹版印刷機(jī)生產(chǎn)線的印刷過程簡(jiǎn)圖（僅畫出前面4個(gè)印刷單元）。印刷機(jī)由開卷機(jī)運(yùn)行依次經(jīng)過各印刷單元，進(jìn)行各色的印刷和烘干，由收卷機(jī)進(jìn)行收卷。每色印刷都會(huì)在印料的邊緣印上以供套色用的色標(biāo)，該色標(biāo)線長(zhǎng)10 mm，寬1mm，每個(gè)相鄰顏色的標(biāo)志線在套印精確時(shí)應(yīng)相互平行，垂直（縱向）相距20 mm。系統(tǒng)中色標(biāo)距離的檢測(cè)是通過色標(biāo)傳感器檢測(cè)。圖1中，光電掃描頭S,檢測(cè)由1單元和2單元印出的色標(biāo)。如果相鄰兩色標(biāo)間隙不等于20 mm，則說明套印出現(xiàn)了偏差，偏差經(jīng)微處理器進(jìn)行運(yùn)算，輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使相應(yīng)的套色修正輥ML上下移動(dòng)來延長(zhǎng)或縮短印料上一單元印刷版輥到該單元印刷版輥的行程來動(dòng)態(tài)修正。各單元印刷套色以前一單元印出的色標(biāo)為基礎(chǔ)。 3 MINAS系列全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)、操作 3.1 系統(tǒng)的特點(diǎn) 我們使用日本松下變頻器是數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，采用了專用的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP芯片），硬件標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，是一個(gè)多微處理器全數(shù)字化的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件中有操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)視、診斷及標(biāo)準(zhǔn)功能模塊子程序等。在應(yīng)用中采用圖形編程語言，根據(jù)不同的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，把系統(tǒng)所需要的模塊調(diào)出并組接起來，構(gòu)成一個(gè)專用的傳動(dòng)系統(tǒng)。實(shí)際上它是一種實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的可編程控制器，由于微處理器作為控制系統(tǒng)的核心部件，不僅可以按照各種控制思想及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行在線地快速計(jì)算與控制，而且還有監(jiān)視、顯示、保護(hù)、故障自診斷及自復(fù)原等功能。 MSD全數(shù)字式變頻器功能強(qiáng)大，適用于高性能位置控制器，它有38個(gè)參數(shù)設(shè)置，6種控制方式，其中脈沖串位置控制最為獨(dú)特。因?yàn)樗褂靡欢l率的脈沖信號(hào)作為代表位置命令的輸人信號(hào)，在復(fù)雜的工作現(xiàn)場(chǎng)中，它比模擬速度輸人信號(hào)精度高，抗干擾能力強(qiáng)。 3.2 脈沖串位置控制誤差的操作 1） 在 沒有加主電源之前，先加DC 12-24V電壓。 2）加主電源到驅(qū)動(dòng)器。 3） 當(dāng)SERVO一ON時(shí)，電機(jī)處于待運(yùn)行狀態(tài)。 4） 在位置控制方式時(shí)，使偏差計(jì)數(shù)器零信號(hào)CL釋放，使脈沖指令禁止信號(hào)INH釋放，電機(jī)就處于SERVO-LOCK狀態(tài)。 5）置參數(shù)NO.02 為零，此方式是位置（脈沖串）控制方式。 6）設(shè)置參數(shù)NO.2 9為參數(shù)值，電機(jī)轉(zhuǎn)速正比于輸人脈沖頻率f X P25/P26 X P27 = 2 500 X 4Xn/60，指令脈沖輸人方式選擇如表1所示。 表1中 ，640” 或“2”時(shí)選擇A,B兩相相差900輸人，"1”時(shí)選擇CW 方向指令脈沖或CCW方向指令脈沖，"3”時(shí)選擇脈沖串指令輸人及符號(hào)輸人。 4 數(shù)據(jù)采集卡PCL-718 PCL- 718多功能模人模出接口卡具有適用范圍廣、功能齊全、性能價(jià)格比高的特點(diǎn)。適用于符合ISA總線標(biāo)準(zhǔn)的IBM-PC/XT/386/486/586系列的原裝機(jī)及其兼容機(jī)?？蓮V泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 PCL- 718具有安裝方便，程序編制簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。用戶可根據(jù)需要選擇不同的輸人方式。在本系統(tǒng)中我們應(yīng)用的是該卡的脈沖計(jì)數(shù)功能和脈沖輸出功能。PCL-718內(nèi)有16位的可編程計(jì)數(shù)器8253，使用時(shí)只要將外部脈沖信號(hào)接到。通道即可。然后調(diào)用內(nèi)部參數(shù)和功能就可進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)與脈沖輸出。 5 套色自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介與方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由1臺(tái)PC機(jī)，PCL-718數(shù)據(jù)采集卡，MSD變頻伺服系統(tǒng)組成控制核心，MSD的控制方式為脈沖串位置控制方式。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。 控制原理:整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)由最初軸頭上安裝1臺(tái)旋轉(zhuǎn)編碼器，隨著傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，編碼器發(fā)出連續(xù)的脈沖信號(hào)，即每轉(zhuǎn)n個(gè)脈沖，根據(jù)輥?zhàn)又荛L(zhǎng)，可換算出20 mm相當(dāng)于多少個(gè)脈沖，作為工控機(jī)的輸人信號(hào)。每個(gè)色輥后裝置1臺(tái)色標(biāo)傳感器，可以檢測(cè)印品上的色標(biāo)，把檢測(cè)到的信號(hào)反饋到計(jì)算中，由軟件控制輸出控制量，調(diào)節(jié)色輥相對(duì)位置，消除印刷錯(cuò)位。 在套色印刷中，我們采用改變印版滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以達(dá)到調(diào)整印刷位置的目的，其閉環(huán)控制如圖3所示。 圖3中 ，色標(biāo)傳感器的電脈沖信號(hào)輸人到采集卡定時(shí)器的門控信號(hào)中，起動(dòng)定時(shí)器對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，以達(dá)到測(cè)定位置的目的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是交流伺服系統(tǒng)，它由PCL-718卡驅(qū)動(dòng)，工控機(jī)把檢測(cè)到的位置信號(hào)與內(nèi)存中預(yù)先測(cè)定好的標(biāo)準(zhǔn)值相比較得到偏差值，然后按照控制算法根據(jù)脈沖偏差計(jì)算出該發(fā)生多少個(gè)脈沖進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償脈沖由采集卡的脈沖輸出端得到。補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)輸出到交流驅(qū)動(dòng)MSM042A中，驅(qū)動(dòng)器處于脈沖串位置控制方式，參數(shù)NO-29應(yīng)選如表1中的“3"，此方式為脈沖串+符號(hào)。指令符號(hào)輸入端應(yīng)根據(jù)控制需要分別由采集卡發(fā)出高電平或低電平以控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，這時(shí)驅(qū)動(dòng)器可以根據(jù)偏差的正、負(fù)值驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)一定的角度修正位置偏差。 6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件以VB為開發(fā)語言，在編程時(shí)可直接調(diào)用PCL-718的內(nèi)部參數(shù)與功能，使用方便。系統(tǒng)的軟件包括主程序（主程序框圖見圖4）、計(jì)數(shù)子程序、集成脈沖輸出子程序。 1）主 程 序 。 2）計(jì) 數(shù) 子 程序。 ① 設(shè) 置 參數(shù)0,1,39;②調(diào)用功能37，計(jì)數(shù)器初始;③調(diào)用功能43，計(jì)數(shù)開始;④調(diào)用功能45,停止計(jì)數(shù)并讀出計(jì)數(shù)值。 3）脈沖輸出子程序。 ①設(shè)置參數(shù)0,1,39,41,42,43,44;②調(diào)用功能37，計(jì)數(shù)器初始化;③調(diào)用功能46，脈沖輸出開始;④當(dāng)需要停止輸出脈沖時(shí)，調(diào)用功能47停止輸出脈沖。 操作面如圖5所示。從圖5可以看出，界面上可以顯示出脈沖總數(shù)，控制脈沖數(shù)，電機(jī)轉(zhuǎn)向，單擊自動(dòng)調(diào)節(jié)整個(gè)控制系統(tǒng)就可以自動(dòng)運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)中，我們用脈沖信號(hào)發(fā)生器模擬旋轉(zhuǎn)編碼器，用色標(biāo)傳感器隨機(jī)檢測(cè)色標(biāo)信號(hào)而發(fā)出的電脈沖信號(hào)模擬反饋信號(hào)，形成控制系統(tǒng)，效果較好。 7 結(jié)束語 本文應(yīng)用全數(shù)字式高性能變頻器的特殊功能脈沖串位置控制方式，其精度高，抗干擾性強(qiáng)。以全數(shù)字高性能變頻交流伺服系統(tǒng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用PCL-718采集卡作驅(qū)動(dòng)裝置，用工控機(jī)作開發(fā)工具，用VB設(shè)計(jì)界面，組成一個(gè)控制系統(tǒng)，并把它應(yīng)用到包裝印刷傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)高精度位置控制。由于PCL-718卡的驅(qū)動(dòng)模塊嵌入工控機(jī)中，可以通過改變模塊靈活地實(shí)現(xiàn)各種控制算法的位置控制，以達(dá)到理想的控制精度和實(shí)時(shí)性。 參考文獻(xiàn) MARLEN VARNOVITSKY A. Development and Comparative Analgsis of Pulse-width Modulation Strategy. IEEE.Trans.In d.E letron,1984. IE -31（3 ） 馬明建，周長(zhǎng)城.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù).西安交通大學(xué)出版 社，1998