摘 要：根據(jù)包裝印刷傳動(dòng)中高精度位置跟蹤系統(tǒng)的工作原理，提出將PLC可編程控制器與全數(shù)字高性能的變頻交流伺服系統(tǒng)結(jié)合起來，以全數(shù)字高性能變頻器MSD0421A系列作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用PLC作驅(qū)動(dòng)裝置，利用PLC的高速計(jì)數(shù)器和脈沖集成輸出功能與MSD0421A的脈沖位置控制方式構(gòu)成包裝印刷傳動(dòng)的位置控制系統(tǒng)。 并實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的硬件與軟件的開發(fā)。 關(guān)鍵詞：包裝印刷；PLC；變頻器；位置跟蹤系統(tǒng) 包裝印刷傳動(dòng)控制系統(tǒng)已由手動(dòng)調(diào)節(jié)階段、半自動(dòng)階段過渡到微機(jī)控制階段、高速印刷生產(chǎn)過程在線監(jiān)視階段發(fā)展成高速無軸多色印刷機(jī)的網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)< 微機(jī)控制階段在我國應(yīng)用較廣，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)校對難的缺點(diǎn)! 在此，將MSD0421A全數(shù)字變頻驅(qū)動(dòng)器作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其位置控制信號為脈沖串控制，它具有抗干擾性強(qiáng)、控制精度高、響應(yīng)速度快等顯著特點(diǎn)! 將其應(yīng)用于印刷傳動(dòng)系統(tǒng)上，能較好地解決初始定位難、干擾大、套色困難等技術(shù)問題! 1 MSD系列全數(shù)字式高性能的交流伺服系統(tǒng) 變頻驅(qū)動(dòng)器為松下MSD全數(shù)字式矢量控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用PWM脈寬調(diào)制變頻，性能強(qiáng)大，適用于高性能位置控制器，擁有38個(gè)參數(shù)設(shè)置，6種控制方式，其中脈沖串位置控制較獨(dú)特! 因?yàn)樗褂靡欢l率的脈沖信號作為代表位置命令的輸入信號，在復(fù)雜的工作現(xiàn)場中，比模擬速度輸入信號精度高，抗干擾性強(qiáng)! 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，從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! 圖1所示為凹版印刷機(jī)生產(chǎn)線的印刷過程簡圖（僅畫出前畫面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! 每色印刷都會在印料的邊緣印有色標(biāo)，該色標(biāo)線長10mm，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20mm系統(tǒng)中色標(biāo)的距離的檢測是通過色標(biāo)傳感器檢測! 圖1 中，光電掃描頭S1檢測由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20mm，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)，這樣可延長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! 各單元印刷套色則以前一單元印出的色標(biāo)為基礎(chǔ)。 [align=center] 圖1凹版印刷機(jī)印刷流程圖[/align] 3 套色自動(dòng)化系統(tǒng)簡介與方案設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)由1臺PC 機(jī)，S7-200CPU214/EDC可編程控制器，MSD變頻伺服系統(tǒng)組成控制核心，其結(jié)構(gòu)如圖2所示! 在整個(gè)系統(tǒng)中，PC機(jī)主要有2個(gè)作用! 一是把控制程序轉(zhuǎn)變成PLC可以接受的數(shù)據(jù)形式傳送給PLC；二是從PLC中讀取生產(chǎn)過程產(chǎn)生的開關(guān)量和模擬量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理，向PLC發(fā)送指令數(shù)據(jù)，進(jìn)行修正控制! [align=center] 圖2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖[/align] 控制原理：整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)在最初軸頭安裝1臺旋轉(zhuǎn)編碼器，隨著傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，編碼器產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號，即每轉(zhuǎn)1周發(fā)出n個(gè)脈沖，根據(jù)輥?zhàn)又荛L可換算出20mm相當(dāng)于多少個(gè)脈沖，此脈沖信號作為輸入給定信號，通過聯(lián)接到PLC的I0.6 口送到高速計(jì)數(shù)器SHC1的CLOCK中） 設(shè)HSC的工作模式為1，即HDEF，1，1。每個(gè)色輥上裝1臺色標(biāo)傳感器，它可以檢測到印品邊緣上的色標(biāo)，然后把檢測到的印品上的色標(biāo)信號轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，通過聯(lián)接到PLC的輸入端I1.0反饋到高速計(jì)數(shù)器HSC1的Reset中，PC機(jī)與PLC通過RS-485接口進(jìn)行異步串行通信，PC機(jī)從PLC中讀取這些數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號，由軟件進(jìn)行比較分析、運(yùn)算、邏輯判斷后，向PLC發(fā)出控制指令和數(shù)據(jù)，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出控制量，調(diào)節(jié)色輥的相對位置，消除印刷錯(cuò)位。 在整套印刷中，一般采用改變印版滾角的轉(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。圖中，檢測裝置為色標(biāo)傳感器，它把檢測到的色標(biāo)信號轉(zhuǎn)化為電脈沖送到PLC中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是交流伺服系統(tǒng)，它由PLC直接驅(qū)動(dòng)，不需要任何外圍電路PLC把檢測到的信號與存貯器預(yù)先測定好的標(biāo)準(zhǔn)值相比較得到偏差值，然后按運(yùn)算規(guī)律根據(jù)脈沖偏差數(shù)算出該發(fā)出多少個(gè)脈沖。 [align=center] 圖3 控制原理框圖[/align] 旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖串與色標(biāo)傳感器檢測到脈沖，其示意圖如圖4所示。 根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器原理可知，每軸角發(fā)出的脈沖數(shù)越多，位置精度越高，假設(shè)給定值20mm相當(dāng)于20個(gè)脈沖，而色標(biāo)1與色標(biāo)2兩脈沖觸發(fā)時(shí)間段中計(jì)數(shù)為18個(gè)脈沖，以印料1為基準(zhǔn)，這說明印料2在傳動(dòng)中速度太快，圖形發(fā)生失真，為了使印料2速度減慢，糾正位置偏差，應(yīng)立即使微電機(jī)反轉(zhuǎn)相當(dāng)于2個(gè)脈沖的角度；假設(shè)色標(biāo)2與色標(biāo)3兩脈沖觸發(fā)時(shí)間段脈沖數(shù)為23個(gè)脈沖，以印料2為基準(zhǔn)，這說明印料3在傳動(dòng)中太慢，為了使印料3速度加快，糾正位置偏差，應(yīng)立即使微電機(jī)正轉(zhuǎn)相當(dāng)于3個(gè)脈沖的角度以消除偏差。在控制系統(tǒng)中，這些補(bǔ)償脈沖應(yīng)由PLC的PTO集成脈沖輸出功能，通過輸出端Q0.0輸出到交流驅(qū)動(dòng)器MSD的指令脈沖輸入端中，并使驅(qū)動(dòng)器處于脈沖串位置控制方式，參數(shù)NO-29應(yīng)選3，此方式為脈沖串+符號，指令符號輸入端應(yīng)根據(jù)控制需要分別由PLC輸出端發(fā)給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)、反轉(zhuǎn)一定角度來修正位置偏差。 [align=center] 圖4 檢測到的脈沖串示意圖[/align] 4 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件包括主程序、初始化對零程序、計(jì)數(shù)子程序和集成脈沖輸出子程序。 4.1 主程序 當(dāng)系統(tǒng)投入工作時(shí)，主程序的任務(wù)就是根據(jù)PLC把隨機(jī)讀到的計(jì)數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，而得到的偏差值，調(diào)節(jié)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)# 程序流程圖如圖5 所示。 [align=center] 圖5 主程序框圖[/align] 4.2 計(jì)數(shù)子程序 首先把高速計(jì)數(shù)器HSC1的控制字節(jié)SMB47置為16#FC，其含義為：正方向計(jì)數(shù)，可更新預(yù)置值（PV），可更新當(dāng)前值（CV），激活HSC1。然后，用指令HDEF把高速計(jì)數(shù)器HSC1置成工作模式1，即只有復(fù)位沒有起始輸入，也沒有方向選擇，當(dāng)前值SMD48復(fù)位為0，預(yù)置值SMD52置成FFFF（16進(jìn)制）。 當(dāng)色標(biāo)傳感器的色標(biāo)脈沖信號輸入到PLC的I1.0時(shí)便引起中斷，讀取計(jì)數(shù)器當(dāng)前值，用指令HSC1啟動(dòng)高速計(jì)數(shù)器。 4.3 集成脈沖輸出子程序 CPU214/DC有2個(gè)脈沖輸出，可以用來控制交流驅(qū)動(dòng)器的脈沖，程序流程圖如圖6所示。 1）起動(dòng)電機(jī)的3個(gè)條件：“START”（起動(dòng)）按鈕，在輸入端I1.0產(chǎn)生脈沖上升沿（從0 到1）；無聯(lián)鎖，即聯(lián)鎖標(biāo)志M0.2=0；電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，即操作標(biāo)志M0.1=0。 若同時(shí)具備上述3個(gè)條件，則將M0.1=0置位，控制時(shí)執(zhí)行PLS O指令，在輸出端Q0.0輸出脈沖，其他必須預(yù)先具備的條件，在首先掃描（SM0.1=1）設(shè)置，主要是脈沖輸出功能的基本數(shù)據(jù)，例如時(shí)基、周期和脈沖數(shù)! [align=center] 圖6 程序框圖[/align] 2）停止電機(jī)的2個(gè)條件：按“STOP”（停止）按鈕，在輸入端I1.1,產(chǎn)生脈沖上升沿（從0到1）；電機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即操作標(biāo)志M0.1=1。 若同時(shí)具備上述2個(gè)條件，則將標(biāo)志M0.1=1復(fù)位，并中斷輸出端Q0.0的脈沖輸出。 3）聯(lián)鎖。為保護(hù)人員和設(shè)備的安全，在按“STOP”按鈕（I1.1）之后，必須規(guī)定驅(qū)動(dòng)器聯(lián)鎖，將聯(lián)鎖標(biāo)志M0.2置位，立即關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器，只有在M0.2復(fù)位后，才能重新起動(dòng)電機(jī)! 當(dāng)“STOP”按鈕松開后，為防止電機(jī)的意外起動(dòng)，只有在“START”按鈕和“STOP”按鈕（I1.1）都松開后，才能將M0.2復(fù)位，若要再次起動(dòng)電機(jī)，則必須再發(fā)動(dòng)一個(gè)起動(dòng)信號! 5 結(jié)論 采用脈沖串位置控制方式，并將全數(shù)字式變頻器驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)作為校正裝置，能顯著改善系統(tǒng)的位置跟蹤質(zhì)量! 應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)控制精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快! 參考文獻(xiàn)： [1]馬小亮.大功率交-交變頻交流調(diào)速及矢量控制技術(shù)（第2版）[M]! 北京：機(jī)械出版社,1996. [2]Marlen Vamm4sky A LMvelopnwnt and comparatwe analysis 0f pulse-vhdthmodulation stmle～gy[J]IEEETraitsInd Eletron，1984，IE一3I（3）：272—276． [3]胡炳華.六色印花機(jī)計(jì)算機(jī)自動(dòng)套色位置跟蹤系統(tǒng)[J]電氣傳動(dòng)，1998，28（2）：25—27