基于POWERLINK无轴凹版印刷套色控制

摘 要： 本文介绍了高速工业以太网POWERlink的技术及其在无轴凹版印刷机上的成功应用，给出基于POWERlink的无轴凹版印刷套色控制的网络结构和整体方案，分析POWERlink无轴凹版印刷机的特点及其成功之处。关键字：POWERlink（Ethernet POWERINK），无轴凹版印刷套色控制（Non-shaft Intaglio Printing Color Control）引言 传统的机组式凹版印刷机的各色组版辊的传动是挂在同一个电机上的，由该电机带动一个机械主轴来传动。各色组版辊都通过机械的连接跟主轴连接在一起，所以，各色组版辊的运动同步，而且好的机械下各色组版辊的运动步调严格一致，版辊的传动问题是这样解决的，印刷图案的套准控制是通过控制专门的浮动辊的运动，通过控制张力，来控制承印物的拉伸来完成的。我们将这种传统的机组式凹版印刷方式，简称为有轴印刷，相应的将一种新型的印刷方式，简称为无轴印刷。 无轴和有轴的根本区别是版辊的传动方式不同，无轴的各色组版辊的传动是各自独立的，由单独的电机驱动，这样从机械上来说，减少了机械主轴，各单元版辊获得独立，从控制上来说各单元的同步问题有待解决，而且是整个机器印刷品质的前提和基础。 无轴印刷的图案套准控制也有别于有轴印刷，无轴印刷的图案套准控制是在各轴同步的基础上，通过控制版辊的相位来实现的。 所以，无轴凹版印刷是集版辊传动和套准控制于一体的印刷方式，版辊的独立，使得版辊的控制更加复杂，也更加灵活，相应地，印刷的灵活性、可操作性，以及凹版印刷机的自动化水平得到了提高，从而，适应了当今印刷行业复杂工艺生产的要求，提高了印刷品质，节约了生产成本，适应了印刷行业市场的发展，实现了安全生产和环保生产。 正是无轴凹版印刷控制的复杂性、灵活性，要求高品质和新技术的应用，如工业以太网POWERlink，可编程计算机控制器PCC，全数字伺服驱动器ACOPOS的应用。基于POWERlink在整个方案中起着网络通讯的作用，是数据的传输通道，所以，POWERlink是整个方案的基础，是数据的桥梁，是系统安全可靠的保证，可见其在整个方案中的份量，本文主要讲解POWERlink技术，以及无轴凹版印刷的成功应用。一．关于POWERlink技术： 在本方案中各驱动器（ACOPOS系统）之间，以及各驱动与中央处理器PCC之间的关系，是通过总线的方式建立起来的，这个总线就是POWERlink。POWERlink是建立在以太网硬件基础之上的，不依赖于特定硬件的，完全基于软件协议的实现高实时要求的安全的工业以太网技术。 POWERlink通讯技术于2001年由贝加莱公司研发并推向市场，同年成立EPSG（Ethernet POWERlink Standardization Group）联盟，如今POWERlink已经成为国际标准（IEC61158和IEC61784-2），并满足工业安全标准IEC61508。全球已有240个机械制造商正在使用POWERlink技术。下面是关于POWERlink的技术参数数据。 POWERlink是一个严格且具有确定性的实时通讯软件协议，它完全建立在以太网硬件基础上，现在可实现波特率为1Gbits/s的安全通讯速率。POWERlink不仅支持PLC，I/O以及运动控制数据的循环通信，同时也支持实时网络节点间的非同步通信，并且专门为这一目的预留有部分网络带宽。技术参数（基于快速以太网（100Mbit/s））：特性：POWERlink电缆：贝加莱（B&R）公司提供的专用电缆具有如下特性：工作原理POWERlink网络中有两种数据通信形式： ·周期性的·非周期性的POWERlink循环：POWERlink采用SCNM（Slot Communication Network Management）通讯技术解决了传统的以太网CSMA/CD通讯方式的冲突问题。 SCNM规定POWERlink网络中由管理器节点（MN）统一分配时槽给各控制器站点（CN），并依次轮询。MN以点对点的方式向CN发出访问请求PollRequest，CN以广播的方式向所有站点发出响应信息PollResponse。图示如下：图1 一个POWERlink循环包括一个循环头（SoC）,它被控制器用于同步操作，循环头之后，管理器向第一个站点发送一个传送请求，相应的它会收到一个传送回应。依此类推。在每一个循环中，所有的站点都会被访问到。循环通讯在一个循环尾（EoC）终止。而后就是非同步通信时间，这时，管理器就向某个站点发送或者提示其发送数据。图示如下：图2二．POWERlink在无轴凹版印刷上的应用： 凹版印刷具有数据响应要求快的特征，所以POWERlink的高实时响应和其安全性正好满足了这个要求。1〉 运动控制中POWERlink的应用： 在运动控制中，POWERlink作为通信总线是透明的，不需要编写任何的驱动程序或通信程序，这些都是集成在系统中的，只要在项目中添加相应的通信接口卡，并做相应的POWERlink通信属性的设置，比如，循环周期的设置，POWERlink强大的通讯功能即可在项目中无缝的使用。主要的编程就集中在运动方案的实现上。2〉无轴凹版印刷机中POWERlink的网络结构： 型号不同的机组式凹版印刷机的色组单元个数是不同的，下面以一个10个色组单元的凹版印刷机的网络结构为例，说明无轴凹版印刷机的POWERlink网络结构，以及站点分配的情况。在POWERlink网络结构中，贝加莱2005系列PCC的CPU模块是中央数据处理单元，其插槽中的通信模块的站点拨码为00（MN），各伺服控制器站号依次为01到10（CN）。网络结构如下图示：图33〉POWERlink总线是连接电子齿轮的纽带： 在引言中提到各色组单元要解决好同步的问题，POWERlink总线在其中为各轴的电子齿轮的同步提供了可靠实时安全的数据通道。4〉基于POWERlink总线的无轴凹版印刷机的整体方案： 显示操作监控站：贝加莱POWER PANEL 系列集显示操作数据处理于一体的人机界面； 中央数据处理单元：贝加莱2005系列PCC系统CPU，是一款高性能的CPU模块，可处理从机器制造行业的高端应用到过程控制中的高难任务。 印刷版辊驱动及控制系统：贝加莱全数字伺服驱动器ACOPOS系统及伺服电机系统。色标识别及处理系统：色标识别传感器及信号处理系统，色标信号经传感器识别及处理系统的初次处理，输入到ACOPOS系统做处理运算及控制。CPU模块对识别的信号做高级别的算法再传输给ACOPOS系统做控制。 POWERlink总线：给整个色标系统提供了高实时的安全数据通道。5〉贝加莱套色控制系统结构图： 以10色无轴凹版印刷机为例。 以下为无轴凹版印刷机的整体框架结构图：图4，三．无轴凹版印刷机的特点：·机械上取消主轴，电气上采用总线方式，使机器的操作和维护更方便；·控制系统采用整体的方案，使系统的安装启动调试更快捷高效；·高速实时总线系统，高性能PCC系统，全数字伺服系统的应用，使色标信号的识别及控制更直接高效，从而提高了控制精度；·版辊的单独驱动，使单个版辊参与印刷或暂停印刷的操作更方便，从而适应了复杂工艺的要求。 四．无轴凹版印刷机的案例分析： 贝加莱公司的整体无轴凹版印刷方案与印刷业领军企业的合作，为多家客户多个行业提供了品质优秀的凹版印刷机，比如在烟包行业，装饰纸印刷，瓦楞纸印刷，塑膜印刷等。其印刷精度，印刷合格率，以及机器的质量及操作人性化都得到了用户的普遍认可。