基于POWERLINK無(wú)軸凹版印刷套色控制
2008/7/17 15:06:00
引言
傳統(tǒng)的機(jī)組式凹版印刷機(jī)的各色組版輥的傳動(dòng)是掛在同一個(gè)電機(jī)上的，由該電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)機(jī)械主軸來(lái)傳動(dòng)。各色組版輥都通過(guò)機(jī)械的連接跟主軸連接在一起，所以，各色組版輥的運(yùn)動(dòng)同步，而且好的機(jī)械下各色組版輥的運(yùn)動(dòng)步調(diào)嚴(yán)格一致，版輥的傳動(dòng)問(wèn)題是這樣解決的，印刷圖案的套準(zhǔn)控制是通過(guò)控制專(zhuān)門(mén)的浮動(dòng)輥的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制張力，來(lái)控制承印物的拉伸來(lái)完成的。我們將這種傳統(tǒng)的機(jī)組式凹版印刷方式，簡(jiǎn)稱(chēng)為有軸印刷，相應(yīng)的將一種新型的印刷方式，簡(jiǎn)稱(chēng)為無(wú)軸印刷。
無(wú)軸和有軸的根本區(qū)別是版輥的傳動(dòng)方式不同，無(wú)軸的各色組版輥的傳動(dòng)是各自獨(dú)立的，由單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這樣從機(jī)械上來(lái)說(shuō)，減少了機(jī)械主軸，各單元版輥獲得獨(dú)立，從控制上來(lái)說(shuō)各單元的同步問(wèn)題有待解決，而且是整個(gè)機(jī)器印刷品質(zhì)的前提和基礎(chǔ)。
無(wú)軸印刷的圖案套準(zhǔn)控制也有別于有軸印刷，無(wú)軸印刷的圖案套準(zhǔn)控制是在各軸同步的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制版輥的相位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
所以，無(wú)軸凹版印刷是集版輥傳動(dòng)和套準(zhǔn)控制于一體的印刷方式，版輥的獨(dú)立，使得版輥的控制更加復(fù)雜，也更加靈活，相應(yīng)地，印刷的靈活性、可操作性，以及凹版印刷機(jī)的自動(dòng)化水平得到了提高，從而，適應(yīng)了當(dāng)今印刷行業(yè)復(fù)雜工藝生產(chǎn)的要求，提高了印刷品質(zhì)，節(jié)約了生產(chǎn)成本，適應(yīng)了印刷行業(yè)市場(chǎng)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)和環(huán)保生產(chǎn)。
正是無(wú)軸凹版印刷控制的復(fù)雜性、靈活性，要求高品質(zhì)和新技術(shù)的應(yīng)用，如工業(yè)以太網(wǎng)POWERLINK，可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC，全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器ACOPOS的應(yīng)用。
基于POWERLINK在整個(gè)方案中起著網(wǎng)絡(luò)通訊的作用，是數(shù)據(jù)的傳輸通道，所以，POWERLINK是整個(gè)方案的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)的橋梁，是系統(tǒng)安全可靠的保證，可見(jiàn)其在整個(gè)方案中的份量，本文主要講解POWERLINK技術(shù)，以及無(wú)軸凹版印刷的成功應(yīng)用。
一．關(guān)于POWERLINK技術(shù)：
在本方案中各驅(qū)動(dòng)器（ACOPOS系統(tǒng)）之間，以及各驅(qū)動(dòng)與中央處理器PCC之間的關(guān)系，是通過(guò)總線(xiàn)的方式建立起來(lái)的，這個(gè)總線(xiàn)就是POWERLINK。POWERLINK是建立在以太網(wǎng)硬件基礎(chǔ)之上的，不依賴(lài)于特定硬件的，完全基于軟件協(xié)議的實(shí)現(xiàn)高實(shí)時(shí)要求的安全的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。
POWERLINK通訊技術(shù)于2001年由貝加萊公司研發(fā)并推向市場(chǎng)，同年成立EPSG(Ethernet POWERLINK Standardization Group)聯(lián)盟，如今POWERLINK已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IEC61158和IEC61784-2），并滿(mǎn)足工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)IEC61508。全球已有240個(gè)機(jī)械制造商正在使用POWERLINK技術(shù)。
下面是關(guān)于POWERLINK的技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)。
POWERLINK是一個(gè)嚴(yán)格且具有確定性的實(shí)時(shí)通訊軟件協(xié)議，它完全建立在以太網(wǎng)硬件基礎(chǔ)上，現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)波特率為1Gbits/s的安全通訊速率。POWERLINK不僅支持PLC，I/O以及運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)的循環(huán)通信，同時(shí)也支持實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的非同步通信，并且專(zhuān)門(mén)為這一目的預(yù)留有部分網(wǎng)絡(luò)帶寬。
技術(shù)參數(shù)（基于快速以太網(wǎng)（100Mbit/s））：
傳統(tǒng)的機(jī)組式凹版印刷機(jī)的各色組版輥的傳動(dòng)是掛在同一個(gè)電機(jī)上的，由該電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)機(jī)械主軸來(lái)傳動(dòng)。各色組版輥都通過(guò)機(jī)械的連接跟主軸連接在一起，所以，各色組版輥的運(yùn)動(dòng)同步，而且好的機(jī)械下各色組版輥的運(yùn)動(dòng)步調(diào)嚴(yán)格一致，版輥的傳動(dòng)問(wèn)題是這樣解決的，印刷圖案的套準(zhǔn)控制是通過(guò)控制專(zhuān)門(mén)的浮動(dòng)輥的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制張力，來(lái)控制承印物的拉伸來(lái)完成的。我們將這種傳統(tǒng)的機(jī)組式凹版印刷方式，簡(jiǎn)稱(chēng)為有軸印刷，相應(yīng)的將一種新型的印刷方式，簡(jiǎn)稱(chēng)為無(wú)軸印刷。
無(wú)軸和有軸的根本區(qū)別是版輥的傳動(dòng)方式不同，無(wú)軸的各色組版輥的傳動(dòng)是各自獨(dú)立的，由單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這樣從機(jī)械上來(lái)說(shuō)，減少了機(jī)械主軸，各單元版輥獲得獨(dú)立，從控制上來(lái)說(shuō)各單元的同步問(wèn)題有待解決，而且是整個(gè)機(jī)器印刷品質(zhì)的前提和基礎(chǔ)。
無(wú)軸印刷的圖案套準(zhǔn)控制也有別于有軸印刷，無(wú)軸印刷的圖案套準(zhǔn)控制是在各軸同步的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制版輥的相位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
所以，無(wú)軸凹版印刷是集版輥傳動(dòng)和套準(zhǔn)控制于一體的印刷方式，版輥的獨(dú)立，使得版輥的控制更加復(fù)雜，也更加靈活，相應(yīng)地，印刷的靈活性、可操作性，以及凹版印刷機(jī)的自動(dòng)化水平得到了提高，從而，適應(yīng)了當(dāng)今印刷行業(yè)復(fù)雜工藝生產(chǎn)的要求，提高了印刷品質(zhì)，節(jié)約了生產(chǎn)成本，適應(yīng)了印刷行業(yè)市場(chǎng)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)和環(huán)保生產(chǎn)。
正是無(wú)軸凹版印刷控制的復(fù)雜性、靈活性，要求高品質(zhì)和新技術(shù)的應(yīng)用，如工業(yè)以太網(wǎng)POWERLINK，可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC，全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器ACOPOS的應(yīng)用。
基于POWERLINK在整個(gè)方案中起著網(wǎng)絡(luò)通訊的作用，是數(shù)據(jù)的傳輸通道，所以，POWERLINK是整個(gè)方案的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)的橋梁，是系統(tǒng)安全可靠的保證，可見(jiàn)其在整個(gè)方案中的份量，本文主要講解POWERLINK技術(shù)，以及無(wú)軸凹版印刷的成功應(yīng)用。
一．關(guān)于POWERLINK技術(shù)：
在本方案中各驅(qū)動(dòng)器（ACOPOS系統(tǒng)）之間，以及各驅(qū)動(dòng)與中央處理器PCC之間的關(guān)系，是通過(guò)總線(xiàn)的方式建立起來(lái)的，這個(gè)總線(xiàn)就是POWERLINK。POWERLINK是建立在以太網(wǎng)硬件基礎(chǔ)之上的，不依賴(lài)于特定硬件的，完全基于軟件協(xié)議的實(shí)現(xiàn)高實(shí)時(shí)要求的安全的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。
POWERLINK通訊技術(shù)于2001年由貝加萊公司研發(fā)并推向市場(chǎng)，同年成立EPSG(Ethernet POWERLINK Standardization Group)聯(lián)盟，如今POWERLINK已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IEC61158和IEC61784-2），并滿(mǎn)足工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)IEC61508。全球已有240個(gè)機(jī)械制造商正在使用POWERLINK技術(shù)。
下面是關(guān)于POWERLINK的技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)。
POWERLINK是一個(gè)嚴(yán)格且具有確定性的實(shí)時(shí)通訊軟件協(xié)議，它完全建立在以太網(wǎng)硬件基礎(chǔ)上，現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)波特率為1Gbits/s的安全通訊速率。POWERLINK不僅支持PLC，I/O以及運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)的循環(huán)通信，同時(shí)也支持實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的非同步通信，并且專(zhuān)門(mén)為這一目的預(yù)留有部分網(wǎng)絡(luò)帶寬。
技術(shù)參數(shù)（基于快速以太網(wǎng)（100Mbit/s））：
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特性：
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POWERLINK電纜：
貝加萊（B&R）公司提供的專(zhuān)用電纜具有如下特性：
貝加萊（B&R）公司提供的專(zhuān)用電纜具有如下特性：
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工作原理：
POWERLINK網(wǎng)絡(luò)中有兩種數(shù)據(jù)通信形式：
·周期性的
·非周期性的
POWERLINK循環(huán)：
POWERLINK采用SCNM(Slot Communication Network Management)通訊技術(shù)解決了傳統(tǒng)的以太網(wǎng)CSMA/CD通訊方式的沖突問(wèn)題。
SCNM規(guī)定POWERLINK網(wǎng)絡(luò)中由管理器節(jié)點(diǎn)（MN）統(tǒng)一分配時(shí)槽給各控制器站點(diǎn)（CN），并依次輪詢(xún)。MN以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式向CN發(fā)出訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求PollRequest，CN以廣播的方式向所有站點(diǎn)發(fā)出響應(yīng)信息PollResponse。
圖示如下：圖1
POWERLINK網(wǎng)絡(luò)中有兩種數(shù)據(jù)通信形式：
·周期性的
·非周期性的
POWERLINK循環(huán)：
POWERLINK采用SCNM(Slot Communication Network Management)通訊技術(shù)解決了傳統(tǒng)的以太網(wǎng)CSMA/CD通訊方式的沖突問(wèn)題。
SCNM規(guī)定POWERLINK網(wǎng)絡(luò)中由管理器節(jié)點(diǎn)（MN）統(tǒng)一分配時(shí)槽給各控制器站點(diǎn)（CN），并依次輪詢(xún)。MN以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式向CN發(fā)出訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求PollRequest，CN以廣播的方式向所有站點(diǎn)發(fā)出響應(yīng)信息PollResponse。
圖示如下：圖1
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一個(gè)POWERLINK循環(huán)包括一個(gè)循環(huán)頭（SoC）,它被控制器用于同步操作，循環(huán)頭之后，管理器向第一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送一個(gè)傳送請(qǐng)求，相應(yīng)的它會(huì)收到一個(gè)傳送回應(yīng)。依此類(lèi)推。在每一個(gè)循環(huán)中，所有的站點(diǎn)都會(huì)被訪(fǎng)問(wèn)到。循環(huán)通訊在一個(gè)循環(huán)尾（EoC）終止。而后就是非同步通信時(shí)間，這時(shí)，管理器就向某個(gè)站點(diǎn)發(fā)送或者提示其發(fā)送數(shù)據(jù)。
圖示如下：圖2
圖示如下：圖2
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二．POWERLINK在無(wú)軸凹版印刷上的應(yīng)用：
凹版印刷具有數(shù)據(jù)響應(yīng)要求快的特征，所以POWERLINK的高實(shí)時(shí)響應(yīng)和其安全性正好滿(mǎn)足了這個(gè)要求。
1〉 運(yùn)動(dòng)控制中POWERLINK的應(yīng)用：
在運(yùn)動(dòng)控制中，POWERLINK作為通信總線(xiàn)是透明的，不需要編寫(xiě)任何的驅(qū)動(dòng)程序或通信程序，這些都是集成在系統(tǒng)中的，只要在項(xiàng)目中添加相應(yīng)的通信接口卡，并做相應(yīng)的POWERLINK通信屬性的設(shè)置，比如，循環(huán)周期的設(shè)置，POWERLINK強(qiáng)大的通訊功能即可在項(xiàng)目中無(wú)縫的使用。主要的編程就集中在運(yùn)動(dòng)方案的實(shí)現(xiàn)上。
2〉無(wú)軸凹版印刷機(jī)中POWERLINK的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：
型號(hào)不同的機(jī)組式凹版印刷機(jī)的色組單元個(gè)數(shù)是不同的，下面以一個(gè)10個(gè)色組單元的凹版印
刷機(jī)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例，說(shuō)明無(wú)軸凹版印刷機(jī)的POWERLINK網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及站點(diǎn)分配的情況。在POWERLINK網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，貝加萊2005系列PCC的CPU模塊是中央數(shù)據(jù)處理單元，其插槽中的通信模塊的站點(diǎn)撥碼為00（MN），各伺服控制器站號(hào)依次為01到10（CN）。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖示：圖3
凹版印刷具有數(shù)據(jù)響應(yīng)要求快的特征，所以POWERLINK的高實(shí)時(shí)響應(yīng)和其安全性正好滿(mǎn)足了這個(gè)要求。
1〉 運(yùn)動(dòng)控制中POWERLINK的應(yīng)用：
在運(yùn)動(dòng)控制中，POWERLINK作為通信總線(xiàn)是透明的，不需要編寫(xiě)任何的驅(qū)動(dòng)程序或通信程序，這些都是集成在系統(tǒng)中的，只要在項(xiàng)目中添加相應(yīng)的通信接口卡，并做相應(yīng)的POWERLINK通信屬性的設(shè)置，比如，循環(huán)周期的設(shè)置，POWERLINK強(qiáng)大的通訊功能即可在項(xiàng)目中無(wú)縫的使用。主要的編程就集中在運(yùn)動(dòng)方案的實(shí)現(xiàn)上。
2〉無(wú)軸凹版印刷機(jī)中POWERLINK的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：
型號(hào)不同的機(jī)組式凹版印刷機(jī)的色組單元個(gè)數(shù)是不同的，下面以一個(gè)10個(gè)色組單元的凹版印
刷機(jī)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例，說(shuō)明無(wú)軸凹版印刷機(jī)的POWERLINK網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及站點(diǎn)分配的情況。在POWERLINK網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，貝加萊2005系列PCC的CPU模塊是中央數(shù)據(jù)處理單元，其插槽中的通信模塊的站點(diǎn)撥碼為00（MN），各伺服控制器站號(hào)依次為01到10（CN）。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖示：圖3
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3〉POWERLINK總線(xiàn)是連接電子齒輪的紐帶：
在引言中提到各色組單元要解決好同步的問(wèn)題，POWERLINK總線(xiàn)在其中為各軸的電子齒輪的同步提供了可靠實(shí)時(shí)安全的數(shù)據(jù)通道。
4〉基于POWERLINK總線(xiàn)的無(wú)軸凹版印刷機(jī)的整體方案：
顯示操作監(jiān)控站：貝加萊POWER PANEL 系列集顯示操作數(shù)據(jù)處理于一體的人機(jī)界面；
中央數(shù)據(jù)處理單元：貝加萊2005系列PCC系統(tǒng)CPU，是一款高性能的CPU模塊，可處理從機(jī)器制造行業(yè)的高端應(yīng)用到過(guò)程控制中的高難任務(wù)。
印刷版輥驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)：貝加萊全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器ACOPOS系統(tǒng)及伺服電機(jī)系統(tǒng)。
色標(biāo)識(shí)別及處理系統(tǒng)：色標(biāo)識(shí)別傳感器及信號(hào)處理系統(tǒng)，色標(biāo)信號(hào)經(jīng)傳感器識(shí)別及處理系統(tǒng)的初次處理，輸入到ACOPOS系統(tǒng)做處理運(yùn)算及控制。CPU模塊對(duì)識(shí)別的信號(hào)做高級(jí)別的算法再傳輸給ACOPOS系統(tǒng)做控制。
POWERLINK總線(xiàn)：給整個(gè)色標(biāo)系統(tǒng)提供了高實(shí)時(shí)的安全數(shù)據(jù)通道。
5〉貝加萊套色控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：
以10色無(wú)軸凹版印刷機(jī)為例。
以下為無(wú)軸凹版印刷機(jī)的整體框架結(jié)構(gòu)圖：圖4，
在引言中提到各色組單元要解決好同步的問(wèn)題，POWERLINK總線(xiàn)在其中為各軸的電子齒輪的同步提供了可靠實(shí)時(shí)安全的數(shù)據(jù)通道。
4〉基于POWERLINK總線(xiàn)的無(wú)軸凹版印刷機(jī)的整體方案：
顯示操作監(jiān)控站：貝加萊POWER PANEL 系列集顯示操作數(shù)據(jù)處理于一體的人機(jī)界面；
中央數(shù)據(jù)處理單元：貝加萊2005系列PCC系統(tǒng)CPU，是一款高性能的CPU模塊，可處理從機(jī)器制造行業(yè)的高端應(yīng)用到過(guò)程控制中的高難任務(wù)。
印刷版輥驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)：貝加萊全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器ACOPOS系統(tǒng)及伺服電機(jī)系統(tǒng)。
色標(biāo)識(shí)別及處理系統(tǒng)：色標(biāo)識(shí)別傳感器及信號(hào)處理系統(tǒng)，色標(biāo)信號(hào)經(jīng)傳感器識(shí)別及處理系統(tǒng)的初次處理，輸入到ACOPOS系統(tǒng)做處理運(yùn)算及控制。CPU模塊對(duì)識(shí)別的信號(hào)做高級(jí)別的算法再傳輸給ACOPOS系統(tǒng)做控制。
POWERLINK總線(xiàn)：給整個(gè)色標(biāo)系統(tǒng)提供了高實(shí)時(shí)的安全數(shù)據(jù)通道。
5〉貝加萊套色控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：
以10色無(wú)軸凹版印刷機(jī)為例。
以下為無(wú)軸凹版印刷機(jī)的整體框架結(jié)構(gòu)圖：圖4，
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三．無(wú)軸凹版印刷機(jī)的特點(diǎn)：
·機(jī)械上取消主軸，電氣上采用總線(xiàn)方式，使機(jī)器的操作和維護(hù)更方便；
·控制系統(tǒng)采用整體的方案，使系統(tǒng)的安裝啟動(dòng)調(diào)試更快捷高效；
·高速實(shí)時(shí)總線(xiàn)系統(tǒng)，高性能PCC系統(tǒng)，全數(shù)字伺服系統(tǒng)的應(yīng)用，使色標(biāo)信號(hào)的識(shí)別及控制更直接高效，從而提高了控制精度；
·版輥的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，使單個(gè)版輥參與印刷或暫停印刷的操作更方便，從而適應(yīng)了復(fù)雜工藝的要求。
四．無(wú)軸凹版印刷機(jī)的案例分析：
貝加萊公司的整體無(wú)軸凹版印刷方案與印刷業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的合作，為多家客戶(hù)多個(gè)行業(yè)提供了品質(zhì)優(yōu)秀的凹版印刷機(jī)，比如在煙包行業(yè)，裝飾紙印刷，瓦楞紙印刷，塑膜印刷等。其印刷精度，印刷合格率，以及機(jī)器的質(zhì)量及操作人性化都得到了用戶(hù)的普遍認(rèn)可。
·機(jī)械上取消主軸，電氣上采用總線(xiàn)方式，使機(jī)器的操作和維護(hù)更方便；
·控制系統(tǒng)采用整體的方案，使系統(tǒng)的安裝啟動(dòng)調(diào)試更快捷高效；
·高速實(shí)時(shí)總線(xiàn)系統(tǒng)，高性能PCC系統(tǒng)，全數(shù)字伺服系統(tǒng)的應(yīng)用，使色標(biāo)信號(hào)的識(shí)別及控制更直接高效，從而提高了控制精度；
·版輥的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，使單個(gè)版輥參與印刷或暫停印刷的操作更方便，從而適應(yīng)了復(fù)雜工藝的要求。
四．無(wú)軸凹版印刷機(jī)的案例分析：
貝加萊公司的整體無(wú)軸凹版印刷方案與印刷業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的合作，為多家客戶(hù)多個(gè)行業(yè)提供了品質(zhì)優(yōu)秀的凹版印刷機(jī)，比如在煙包行業(yè)，裝飾紙印刷，瓦楞紙印刷，塑膜印刷等。其印刷精度，印刷合格率，以及機(jī)器的質(zhì)量及操作人性化都得到了用戶(hù)的普遍認(rèn)可。
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