摘 要：根据包装印刷传动中高精度位置跟踪系统的工作原理，提出将PLC可编程控制器与全数字高性能的变频交流伺服系统结合起来，以全数字高性能变频器MSD0421A系列作执行机构，用PLC作驱动装置，利用PLC的高速计数器和脉冲集成输出功能与MSD0421A的脉冲位置控制方式构成包装印刷传动的位置控制系统。 并实现了该系统的硬件与软件的开发。
关键词：包装印刷；PLC；变频器；位置跟踪系统 包装印刷传动控制系统已由手动调节阶段、半自动阶段过渡到微机控制阶段、高速印刷生产过程在线监视阶段发展成高速无轴多色印刷机的网络式结构< 微机控制阶段在我国应用较广，这种控制系统具有体积小、可靠性高、经济性好等优点，但也存在干扰大、开机时校对难的缺点! 在此，将MSD0421A全数字变频驱动器作执行机构，其位置控制信号为脉冲串控制，它具有抗干扰性强、控制精度高、响应速度快等显著特点! 将其应用于印刷
传动系统上，能较好地解决初始定位难、干扰大、套色困难等技术问题!
1 MSD系列全数字式高性能的交流伺服系统 变频驱动器为松下MSD全数字式矢量控制系统，该系统利用PWM脉宽调制变频，性能强大，适用于高性能位置控制器，拥有38个参数设置，6种控制方式，其中脉冲串位置控制较独特! 因为它使用一定频率的脉冲信号作为代表位置命令的输入信号，在复杂的工作现场中，比模拟速度输入信号精度高，抗干扰性强!
2 包装印刷自动套色原理 套印出现误差有诸多原因，例如导辊和压辊的平行度转动不灵活，运动平衡不良，张力波动，印料厚薄不均，印料热变形及印版辊的直径误差等，这种套印偏差在性质上是连续变化的，而差量也不定量! 所以必须不断地监视套印误差并及时加以修正，人工套色时通常由印刷工肉眼观察套印误差，凭经验手动调节修正辊的移动来补偿套印误差，从而大大限制了印刷速度及套色精度，而采用自动套色系统则可以提高印刷速度和套色精度! 图1所示为凹版印刷机生产线的印刷过程简图（仅画出前画面4个印刷单元）! 印刷机由开卷机运行依次经过各印刷单元，进行各色的印刷和烘干，由收卷机进行收卷! 每色印刷都会在印料的边缘印有色标，该色标线长10mm，宽1mm，每个相邻颜色的标志线在套印精确时应相互平行，垂直（纵向）相距20mm系统中色标的距离的检测是通过色标传感器检测! 图1 中，光电扫描头S1检测由1单元和2单元印出的色标! 如果相邻两色标间隙不等于20mm，则说明套印出现了偏差! 偏差经微处理器进行运算，输出控制信号驱动执行机构，使相应的套色修正辊ML上下移动，这样可延长或缩短印料上一单元印刷版辊到该单元印刷版辊的行程来动态修正! 各单元印刷套色则以前一单元印出的色标为基础。[align=center]
图1凹版印刷机印刷流程图[/align]
3 套色自动化系统简介与方案设计 该系统由1台PC 机，S7-200CPU214/EDC可编程控制器，MSD变频伺服系统组成控制核心，其结构如图2所示! 在整个系统中，PC机主要有2个作用! 一是把控制程序转变成PLC可以接受的数据形式传送给PLC；二是从PLC中读取生产过程产生的开关量和模拟量数据，并进行处理，向PLC发送指令数据，进行修正控制![align=center]
图2 控制系统硬件结构图[/align] 控制原理：整个传动系统在最初轴头安装1台旋转
编码器，随着传动系统的运转，编码器产生连续的脉冲信号，即每转1周发出n个脉冲，根据辊子周长可换算出20mm相当于多少个脉冲，此脉冲信号作为输入给定信号，通过联接到PLC的I0.6 口送到高速计数器SHC1的CLOCK中） 设HSC的工作模式为1，即HDEF，1，1。每个色辊上装1台色标传感器，它可以检测到印品边缘上的色标，然后把检测到的印品上的色标信号转化为电脉冲信号，通过联接到PLC的输入端I1.0反馈到高速计数器HSC1的Reset中，PC机与PLC通过RS-485接口进行异步串行通信，PC机从PLC中读取这些数据和状态信号，由软件进行比较分析、运算、逻辑判断后，向PLC发出控制指令和数据，对执行机构输出控制量，调节色辊的相对位置，消除印刷错位。 在整套印刷中，一般采用改变印版滚角的转动角度以达到调整印刷位置的目的，其闭环控制如图3所示。图中，检测装置为色标传感器，它把检测到的色标信号转化为电脉冲送到PLC中，执行机构是交流伺服系统，它由PLC直接驱动，不需要任何外围电路PLC把检测到的信号与存贮器预先测定好的标准值相比较得到偏差值，然后按运算规律根据脉冲偏差数算出该发出多少个脉冲。[align=center]
图3 控制原理框图[/align] 旋转编码器脉冲串与色标传感器检测到脉冲，其示意图如图4所示。 根据旋转编码器原理可知，每轴角发出的脉冲数越多，位置精度越高，假设给定值20mm相当于20个脉冲，而色标1与色标2两脉冲触发时间段中计数为18个脉冲，以印料1为基准，这说明印料2在传动中速度太快，图形发生失真，为了使印料2速度减慢，纠正位置偏差，应立即使微电机反转相当于2个脉冲的角度；假设色标2与色标3两脉冲触发时间段脉冲数为23个脉冲，以印料2为基准，这说明印料3在传动中太慢，为了使印料3速度加快，纠正位置偏差，应立即使微电机正转相当于3个脉冲的角度以消除偏差。在控制系统中，这些补偿脉冲应由PLC的PTO集成脉冲输出功能，通过输出端Q0.0输出到交流驱动器MSD的指令脉冲输入端中，并使驱动器处于脉冲串位置控制方式，参数NO-29应选3，此方式为脉冲串+符号，指令符号输入端应根据控制需要分别由PLC输出端发给高电平或低电平以控制电机正、反转，这时驱动器可以根据偏差的正负值驱动电机正转、反转一定角度来修正位置偏差。[align=center]
图4 检测到的脉冲串示意图[/align]
4 软件设计 系统软件包括主程序、初始化对零程序、计数子程序和集成脉冲输出子程序。4.1 主程序 当系统投入工作时，主程序的任务就是根据PLC把随机读到的计数值与标准值相比较，而得到的偏差值，调节电机正转或反转# 程序流程图如图5 所示。[align=center]
图5 主程序框图[/align]4.2 计数子程序 首先把高速计数器HSC1的控制字节SMB47置为16#FC，其含义为：正方向计数，可更新预置值（PV），可更新当前值（CV），激活HSC1。然后，用指令HDEF把高速计数器HSC1置成工作模式1，即只有复位没有起始输入，也没有方向选择，当前值SMD48复位为0，预置值SMD52置成FFFF（16进制）。 当色标传感器的色标脉冲信号输入到PLC的I1.0时便引起中断，读取计数器当前值，用指令HSC1启动高速计数器。4.3 集成脉冲输出子程序 CPU214/DC有2个脉冲输出，可以用来控制交流驱动器的脉冲，程序流程图如图6所示。 1）起动电机的3个条件：“START”（起动）按钮，在输入端I1.0产生脉冲上升沿（从0 到1）；无联锁，即联锁标志M0.2=0；电机处于停止状态，即操作标志M0.1=0。 若同时具备上述3个条件，则将M0.1=0置位，控制时执行PLS O指令，在输出端Q0.0输出脉冲，其他必须预先具备的条件，在首先扫描（SM0.1=1）设置，主要是脉冲输出功能的基本数据，例如时基、周期和脉冲数![align=center]
图6 程序框图[/align] 2）停止电机的2个条件：按“STOP”（停止）按钮，在输入端I1.1,产生脉冲上升沿（从0到1）；电机处于运转状态，即操作标志M0.1=1。 若同时具备上述2个条件，则将标志M0.1=1复位，并中断输出端Q0.0的脉冲输出。 3）联锁。为保护人员和设备的安全，在按“STOP”按钮（I1.1）之后，必须规定驱动器联锁，将联锁标志M0.2置位，立即关断驱动器，只有在M0.2复位后，才能重新起动电机! 当“STOP”按钮松开后，为防止电机的意外起动，只有在“START”按钮和“STOP”按钮（I1.1）都松开后，才能将M0.2复位，若要再次起动电机，则必须再发动一个起动信号!
5 结论 采用脉冲串位置控制方式，并将全数字式变频器驱动交流伺服电机作为校正装置，能显著改善系统的位置跟踪质量! 应用结果表明，该系统控制精度高，动态响应快!
参考文献：[1]马小亮.大功率交-交变频交流调速及矢量控制技术（第2版）[M]! 北京：机械出版社,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]胡炳华.六色印花机计算机自动套色位置跟踪系统[J]电气传动，1998，28（2）：25—27
QQ交流群
