摘 要：根據(jù)包裝印刷傳動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)行機構(gòu)，用PLC作驅(qū)動裝置，利用PLC的高速計數(shù)器和脈沖集成輸出功能與MSD0421A的脈沖位置控制方式構(gòu)成包裝印刷傳動的位置控制系統(tǒng)。 并實現(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) 包裝印刷傳動控制系統(tǒng)已由手動調(diào)節(jié)階段、半自動階段過渡到微機控制階段、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的網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)< 微機控制階段在我國應(yīng)用較廣，這種控制系統(tǒng)具有體積小、可靠性高、經(jīng)濟性好等優(yōu)點，但也存在干擾大、開機時校對難的缺點! 在此，將MSD0421A全數(shù)字變頻驅(qū)動器作執(zhí)行機構(gòu)，其位置控制信號為脈沖串控制，它具有抗干擾性強、控制精度高、響應(yīng)速度快等顯著特點! 將其應(yīng)用于印刷傳動系統(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，性能強大，適用于高性能位置控制器，擁有38個參數(shù)設(shè)置，6種控制方式，其中脈沖串位置控制較獨特! 因為它使用一定頻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! 2 包裝印刷自動套色原理 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)動不靈活，運動平衡不良，張力波動，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)視套印誤差并及時加以修正，人工套色時通常由印刷工肉眼觀察套印誤差，憑經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)修正輥的移動來補償套印誤差，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所示為凹版印刷機生產(chǎn)線的印刷過程簡圖（僅畫出前畫面4個印刷單元）! 印刷機由開卷機運行依次經(jīng)過各印刷單元，進行各色的印刷和烘干，由收卷機進行收卷! 每色印刷都會在印料的邊緣印有色標，該色標線長10mm，寬1mm，每個相鄰顏色的標志線在套印精確時應(yīng)相互平行，垂直（縱向）相距20mm系統(tǒng)中色標的距離的檢測是通過色標傳感器檢測! 圖1 中，光電掃描頭S1檢測由1單元和2單元印出的色標! 如果相鄰兩色標間隙不等于20mm，則說明套印出現(xiàn)了偏差! 偏差經(jīng)微處理器進行運算，輸出控制信號驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，使相應(yīng)的套色修正輥ML上下移動，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態(tài)修正! 各單元印刷套色則以前一單元印出的色標為基礎(chǔ)。 [align=center] 圖1凹版印刷機印刷流程圖[/align] 3 套色自動化系統(tǒng)簡介與方案設(shè)計 該系統(tǒng)由1臺PC 機，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! 在整個系統(tǒng)中，PC機主要有2個作用! 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)，并進行處理，向PLC發(fā)送指令數(shù)據(jù)，進行修正控制! [align=center] 圖2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖[/align] 控制原理：整個傳動系統(tǒng)在最初軸頭安裝1臺旋轉(zhuǎn)編碼器，隨著傳動系統(tǒng)的運轉(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個脈沖，根據(jù)輥子周長可換算出20mm相當(dāng)于多少個脈沖，此脈沖信號作為輸入給定信號，通過聯(lián)接到PLC的I0.6 口送到高速計數(shù)器SHC1的CLOCK中） 設(shè)HSC的工作模式為1，即HDEF，1，1。每個色輥上裝1臺色標傳感器，它可以檢測到印品邊緣上的色標，然后把檢測到的印品上的色標信號轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，通過聯(lián)接到PLC的輸入端I1.0反饋到高速計數(shù)器HSC1的Reset中，PC機與PLC通過RS-485接口進行異步串行通信，PC機從PLC中讀取這些數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號，由軟件進行比較分析、運算、邏輯判斷后，向PLC發(fā)出控制指令和數(shù)據(jù)，對執(zhí)行機構(gòu)輸出控制量，調(diào)節(jié)色輥的相對位置，消除印刷錯位。 在整套印刷中，一般采用改變印版滾角的轉(zhuǎn)動角度以達到調(diào)整印刷位置的目的，其閉環(huán)控制如圖3所示。圖中，檢測裝置為色標傳感器，它把檢測到的色標信號轉(zhuǎn)化為電脈沖送到PLC中，執(zhí)行機構(gòu)是交流伺服系統(tǒng)，它由PLC直接驅(qū)動，不需要任何外圍電路PLC把檢測到的信號與存貯器預(yù)先測定好的標準值相比較得到偏差值，然后按運算規(guī)律根據(jù)脈沖偏差數(shù)算出該發(fā)出多少個脈沖。 [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個脈沖，而色標1與色標2兩脈沖觸發(fā)時間段中計數(shù)為18個脈沖，以印料1為基準，這說明印料2在傳動中速度太快，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)立即使微電機反轉(zhuǎn)相當(dāng)于2個脈沖的角度；假設(shè)色標2與色標3兩脈沖觸發(fā)時間段脈沖數(shù)為23個脈沖，以印料2為基準，這說明印料3在傳動中太慢，為了使印料3速度加快，糾正位置偏差，應(yīng)立即使微電機正轉(zhuǎn)相當(dāng)于3個脈沖的角度以消除偏差。在控制系統(tǒng)中，這些補償脈沖應(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)動器MSD的指令脈沖輸入端中，并使驅(qū)動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正、反轉(zhuǎn)，這時驅(qū)動器可以根據(jù)偏差的正負值驅(qū)動電機正轉(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 系統(tǒng)軟件包括主程序、初始化對零程序、計數(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，主程序的任務(wù)就是根據(jù)PLC把隨機讀到的計數(shù)值與標準值相比較，而得到的偏差值，調(diào)節(jié)電機正轉(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 計數(shù)子程序 首先把高速計數(shù)器HSC1的控制字節(jié)SMB47置為16#FC，其含義為：正方向計數(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進制）。 當(dāng)色標傳感器的色標脈沖信號輸入到PLC的I1.0時便引起中斷，讀取計數(shù)器當(dāng)前值，用指令HSC1啟動高速計數(shù)器。 4.3 集成脈沖輸出子程序 CPU214/DC有2個脈沖輸出，可以用來控制交流驅(qū)動器的脈沖，程序流程圖如圖6所示。 1）起動電機的3個條件：“START”（起動）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)鎖標志M0.2=0；電機處于停止狀態(tài)，即操作標志M0.1=0。 若同時具備上述3個條件，則將M0.1=0置位，控制時執(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)，例如時基、周期和脈沖數(shù)! [align=center] 圖6 程序框圖[/align] 2）停止電機的2個條件：按“STOP”（停止）按鈕，在輸入端I1.1,產(chǎn)生脈沖上升沿（從0到1）；電機處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，即操作標志M0.1=1。 若同時具備上述2個條件，則將標志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)動器聯(lián)鎖，將聯(lián)鎖標志M0.2置位，立即關(guān)斷驅(qū)動器，只有在M0.2復(fù)位后，才能重新起動電機! 當(dāng)“STOP”按鈕松開后，為防止電機的意外起動，只有在“START”按鈕和“STOP”按鈕（I1.1）都松開后，才能將M0.2復(fù)位，若要再次起動電機，則必須再發(fā)動一個起動信號! 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)動交流伺服電機作為校正裝置，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，動態(tài)響應(yīng)快! 參考文獻： [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.六色印花機計算機自動套色位置跟蹤系統(tǒng)[J]電氣傳動，1998，28（2）：25—27