1 引言

系统采用PLC作为主控系统，印刷版辊、墨辊、送纸辊、电子凸轮皆为伺服传动，步进电机调整间隙，人机界面集中监控，现场总线采集传递信号，再结合高精度减速机、联轴器、编码器、滑轨丝杠、同步皮带等机构，实现高速运转下的各辊筒速度同步及相位同步，真空吸附电子凸轮送纸机构保障快速精确送纸，系统的相位调整功能使调整变得简单易行。所有这些，极大地提高了生产速度、套印精度以及操作的简便性。

2 系统构成

系统由送纸部和四色印刷部组成，送纸部主要包括电子凸轮真空吸附送纸机
构和送纸辊。电子凸轮真空吸附送纸机构利用风机产生的负压使纸板紧密吸附在送纸平台上，两台电子凸轮伺服电机驱动送纸平台在送纸上下位间同步往复运动，配合送纸滚轮和送纸辊完成纸板依次传送。在滚轮摩擦系数和纸板压力稳定的基础上，送纸时机与一色印版的位置和生产速度相关，在一定速度下，当一色印版转到某一位置时开始送纸，转到另一位置时停止送纸，以保证印版能每次将图案准确印在纸板的相应位置上。不同规格的纸板，送/停纸时机也相应变更，操作人员仅需调整人机界面上的料号，系统会立即自动调整，保证印刷位置准确。两台电子凸轮电机的动作、速度与旋转角度要完全一致，才能保证电机和机构连续稳定运转，以及纸板平直送出。在这里，我们采用两轴同动直线补间功能来实现两轴实时同步。另外，凸轮电机还要满足长时间频繁往复正反向运转需要，要求系统选配高响应的伺服系统，并结合负载调整伺服参数，充分发挥伺服系统的高速高响应特性，尽量减少传动环节及各环节延迟，同时，还要充分考虑系统发热和回生保护问题，使电机工作在轻载状态，设备构成示意图如图1所示。

3 系统工作原理

系统构成示意图如图2所示，纸板送出后进入四色印刷部，每一色部控制由印刷版辊、墨辊、托纸辊、牵纸辊和气缸等共同完成，各辊筒皆直接或间接通过伺服驱动，同时有步进电机和编码器调整辊筒间隙和位置。

由此可见，负载间速度差△V越小，系统响应越快(即△t越短)，则产生的套印偏差ε越小。这就要求一方面要提高机械精度，如安装同心度要好、负载惯量要均匀等;另外在系统选配时要充分考虑与负载匹配，在提供足够负载扭力的同时还要提供足够的响应能力。同时，调试工作也非常重要，要结合负载使系统发挥最优性能。对此，可利用伺服系统的自动检测功能先检测负载状况，再根据实际需要匹配参数(如提高响应或减小超调量等)，进一步细调，直到符合条件为止。同时由于每个负载及其传动机构不尽相同，每台伺服的参数也会略有差异,应通过电气来补偿负载机械传动系数的差异。
系统利用PLC的运动控制功能对伺服系统进行实时控制，采用单独高速处理器，运算独立于CPU之外，结合伺服系统满足高精度及快速响应需求。另采集负载轴端编码器信号，对负载运行状况进行检测和校正，以消除传动误差影响，并有利于分析查找问题。
各辊筒间线速度要一致，避免纸板打滑，同时墨辊上墨才会均匀，无色块。另外，墨辊气缸的动作也很重要，开始送纸时，气缸带动墨辊依次下落，给印版着墨;停止送纸时，墨辊依次抬起，避免印版着墨太深。下落及抬起的时机由印版位置决定，以保证墨辊在印版上的着墨位置和着墨量，从而保证印刷质量。
由于纸板的规格型号很多，对于不同规格的纸板印刷，工艺和控制都要做出相应调整;同时，设备清洗、维护、挂版等工作经常进行，难免会造成人为误差，需要时常对印刷版辊相位进行调整，这些都在程序里实现，操作人员只需在人机界面上调整料号和校正值，无需对设备做出任何改动，操作简便，极大的提高了工作效率和灵活性。
另外，在实践过程中，我们总结出一套模拟套准试验方法配合调试工作。通过PLC检测伺服反馈和编码器信号，对其进行统计分析，可计算出任意时刻各印刷版辊的相位差(脉冲值)，再折算成长度(mm)，便可测得机械套准精度，无需上墨和纸板，节省了大量的材料，同时也缩短了调试的时间。

4 性能及特点

(1) 由于采用伺服传动，其高速、高精度、高响应的特性使生产速度极大提高，传统设备通常最高生产速度为80p/min，本系统可将设备生产速度提高一倍，达到160p/min。
(2) 系统的闭环设计和快速响应能力使设备在高速生产下仍能保持极高的控制精度，套印偏差≤±0.25mm~0.4mm(视机械状况而定)。
(3) 电子凸轮真空吸附送纸机构改变传统后推式进纸方式，不会造成纸板弯曲甚至无法进纸，还可避免纸板定位不准，从而保证套印精度，在此基础上还极大提高了送纸速度。另外，电子凸轮的应用使转型生产非常简便，无需调整任何设备机构。
(4) 系统自适应同步控制，只需改变送纸辊或任一印刷版辊的速度，其余辊筒自动跟进，始终保持线速度和相位同步，送纸频率和送/停纸时机也随之改变，保证套印精度和位置。
(5) 电子凸轮和配方功能使转型生产变得十分简单，无需调整机械机构，只要在人机界面上改变生产料号，即可轻松实现。
(6) 设备每次运行前印刷版辊都要找到其初始相位，传统设备通常采用高精度编码器来定位，本系统可省去这项投入，并通过程序将这项工作简单化，操作人员只需按照人机界面上的提示进行操作即可。另外，由于挂版或安装维护等造成的初始相位偏移，也可在人机界面上随意调整，无需停机或断电。
(7) 现场总线系统的应用使设备省掉了大量繁琐的安装配线工作和占用空间，保障了信号传输的稳定、快速和准确，增强了系统的可维护性。

5 结束语

由于系统具有上述特点，尤其是其高效、高精度、高灵活性的优势，应用在设备上后引起众多包装、印刷企业关注。但此类技术目前国内只有几家采用，且多为引进或合资合作技术，尚无自主知识产权，其高昂的价位也令许多企业，特别是中小企业望而却步。根据市场需求，我们开发出本系统并介绍给大家，真诚希望能对大家有所启发，促进此项技术在国内的推广，为更多企业创造更好的效益。