CN104169088A - 直联式伺服电机传动结构及其控制系统 - Google Patents

直联式伺服电机传动结构及其控制系统 Download PDF

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李丽辉
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    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F13/00—Common details of rotary presses or machines
    • B41F13/004—Electric or hydraulic features of drives
    • B41F13/0045—Electric driving devices
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Abstract

本发明提供了一种直联式伺服电机传动结构及其控制系统，传动结构包括伺服电机和印刷版辊，伺服电机与印刷版辊由柔性联轴器直接连接。控制系统包括同步驱动控制器、电机驱动器、交流器和电动机。该控制系统大大提高了设备的综合控制精度，保证设备长时间运行的高可靠性，提高了电机的效率，延长了设备的使用寿命。

Description

说 明 书 直联式伺服电机传动结构及其控制系统 技术领域
本发明涉及印刷机械领域， 尤其涉及一种直联式电子轴传动结构及其控制 系统。 背景技术
传统的凹版印刷机一般都是采用机械轴或电子轴传动， 机械轴是由一台变频 电机通过同步轴带动所有印刷色组运转进行， 电子轴则是采用伺服电机驱动代 替原来的机械轴传动， 通过网络和程序软件形成内部虚拟的电子轴， 电子轴通 过现场总线进行高速数据交换和传输， 各个版辊跟随虚拟的电子轴运转， 实现 版辊相位严格同步， 而印刷基材张力和图文套准由不同的控制系统来控制， 两 者协同工作来达到印刷工艺的要求。 但是采用机械轴传动， 工作针对版辊相位 不同步， 现场数据无法通信难以实现实时同步， 而且长期使用后组件的磨损形 成的误差会加重机械工作的精度。 而一般的电子轴印刷机因为还是有机械传动 环节 （如： 变速箱、 减速器等）， 在传动工程中存在间隙、 弹性变形等很多影响 精度的中间连接环节， 现有的电子轴印刷机也缺乏稳定可靠的控制系统对多台 电机进行统一的控制， 其同步性难以满足生产需求， 因此印刷质量的控制还是 不能达到最佳效果。 发明内容 本发明针对目前凹版彩印机采用的机械轴不精准， 生产管理水平落后而电 子轴有间隙不能达到最佳印刷效果等实际问题， 提供了一种直联式伺服电机传 动结构， 包括伺服电机及印刷版辊， 所述伺服电机与所述印刷版辊由柔性联轴 器直接联接， 省去了包括变速箱、 减速器等的机械传动环节。 气缸推动电机及 其整个连接座对印版实行装夹至工作状态。
进一步地， 本结构还包括张力传感器及印刷监控光电眼对电机运转精度进 行控制。
本发明还提供一种直联式伺服电机无轴传动的同步驱动系统， 只有通过同 步驱动， 才能实现电子虚拟轴， 使得各部分电机同时运转且严格控制它们的转 速、 旋转角度等， 该系统包括同步驱动控制器 SDC、 电机驱动器、 交流器、 电 动机， 所述同步驱动控制器计算所有驱动装置的设定值， 并通过现场总线将设 定值分配到各个电机驱动器控制所述电机驱动器作时间同步旋转， SDC 与各个 电机驱动器进行不问断地信息与数据的交换， 为电机驱动器提供参数， 从而得 以控制电动机的转速、 加速度、 位置等， 实现多台电机的同步驱动。
所述电机驱动器对单台电动机进行控制。
进一步地， 所述电机驱动器为单轴控制器（M-Drive ), 每台电机需要一台 M-Drive, 使电源装置或电源模块成为一个完整的伺服放大器， 进行电流速度和 位置控制， 它们一般装在交流器的标准安装位置处。
需要说明的是， 所述电机驱动器包括位置控制器、 速度控制器及电流控制 器， 所述电机驱动器的控制信号为数字信号， 该数字信号包括位置信号、 速度 信号及电流信号。
所述交流器是控制电路的执行机构， 将所述电机驱动器的控制信号转换成 不同频率、 转速和幅值转矩的工作电流， 施加于受控系统， 驱动所述电才 转。 所述交流器根据负载进行选择， 即可连接的电动机最大功率单位， kW越高 电流转换器单位 kVA输出电压越高。
进一步地， 所述控制系统还包括编码器， 所述编码器是测量元件， 测量电 动机获得受控变量的实际值、 实际速度、 实际旋转位置并与所述同步驱动控制 器进行数据交换， 从而实现多台电机的实时同步驱动。
需要说明的是， 所述编码器可以根据应用情况安装在系统负载侧和 /或电机 侧。
本发明所提到的电动机是可以控制速度、 位置和转矩的受控系统。 无轴传 动技术中， 一般采用交流异步电机与交流同步电机， 根据应用情况和功率要求 选择合适的电机。 根据彩印机各部分的机械结构与传动要求， 利用运行速度、 归算力矩和归算惯量来计算该轴峰值力矩、 均方根力矩和运行速度， 进而进行 电动机的选择。 在估算时， 按最佳变速比公式计算各轴的变速比和惯量比， 来 构成伺服驱动系统。 其负载能获得最大的加速度， 在惯量不变的情况下传递的 力矩最大， 以保证系统能实现最优化的功率传输。 估算的公式为
， 式中， i为齿轮的变比； JL为电动机的惯量； ½为负载的惯
进一步地， 所述交流器还包括将实际电流数值信号反馈到所述电流控制器 的反馈电路。
更进一步地， 本发明所述的控制系统还可以包括诊断系统， 用于对控制系 统的运行进行检测及诊断。
实施本发明， 具有如下有益效果：
1、在精度控制方面，直驱技术可以实现几千分之一毫米或角秒级的灵敏度， 而传统的机械传动大多只能实现几百分之一毫米或角分级的灵敏度。 直驱技术 的成功应用大大提高了设备的综合控制精度；
2、 在速度和稳定性方面， 直驱传动方式避免了间接传动方式（如采用变速 箱或减速器 ) 长时间运转以后产生的机械误差而使整机的精度降低的不确定性 和控制调整的滞后性， 保证了设备长时间运行的高可靠性；
3、 在设备的使用和维护方面， 直驱技术减少了机械传动的中间环节， 降低 了高速运转带来的高噪音， 高摩擦损耗， 高能量损失。 提高了电机的效率， 节 约了能源， 延长了设备的使用寿命且不需维护。 附图说明
图 1是本发明直联式伺服电机传动结构示意图；
图 2是本发明直联式伺服电机传动结构俯视图；
图 3是直联式伺服电机传动结构控制系统结构图；
图 4是本发明直联式伺服电机传动结构控制系统的电路框图；
图 5是采用本发明控制系统控制多台电机的电路示意图；
图 6是采用本发明直联式伺服电机传动结构控制系统控制印刷机的示意图。 具体实施方式
为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本发明 作进一步地详细描述。
如图 1、 图 2所示， 本发明直联式伺服电机传动结构包括伺服电机 1及印刷 版辊 2, 所述伺服电机 1与所述印刷版辊 2由柔性联轴器 3直接联接， 省去了包 括变速箱、 减速器等的机械传动环节。 本实施例由气缸 4推动伺服电机 1及其 整个连接座 5对印版 6实行装夹至工作状态。 优选地， 本结构还可以包括张力传感器及印刷监控光电眼对电机运转精度 进行控制。
如图 4所示， 本发明所述的系统包括同步驱动控制器 SDC、 电机驱动器、 交流器、 电动机， 所述同步驱动控制器计算所有驱动装置的设定值， 并通过现 场总线将设定值分配到各个电机驱动器控制所述电机驱动器作时间同步旋转， SDC 与各个电机驱动器进行不问断地信息与数据的交换， 为电机驱动器提供参 数， 从而得以控制电动机的转速、 加速度、 位置等， 实现多台电机的同步驱动。
所述电机驱动器对单台电动机进行控制。
优选地， 所述电机驱动器为单轴控制器 （M-Drive ), 每台电机需要一台 M-Drive, 使电源装置或电源模块成为一个完整的伺服放大器， 进行电流速度和 位置控制， 它们一般装在交流器的标准安装位置处。
所述交流器是控制电路的执行机构， 将所述电机驱动器的控制信号转换成 不同频率、 转速和幅值转矩的工作电流， 施加于受控系统， 驱动所述电才 转。
所述交流器根据负载进行选择， 即可连接的电动机最大功率单位， kW越高 电流转换器单位 kVA输出电压越高。
进一步地， 所述控制系统还包括编码器， 所述编码器是测量元件， 测量电 动机获得受控变量的实际值、 实际速度、 实际旋转位置并与所述同步驱动控制 器进行数据交换， 从而实现多台电机的实时同步驱动。
所述编码器可以根据应用情况安装在系统负载侧。
优选地， 所述编码器也可以装载在电机侧， 或者负载侧和电机侧同时安装。 本实施例所述电机是可以控制速度、 位置和转矩的受控系统。 无轴传动技 术中， 一般采用交流异步电机与交流同步电机。
图 4是本发明实施例的电路框图， 如图所示， 根据需要对同步驱动控制器 的速度值进行设定， 通过对设定的速度值进行积分可以确定一个实时的位置数 据， 并将这项数据分配到与之连接的电机驱动器。
所述电机驱动器包括位置控制器、 速度控制器及电流控制器， 所述电机驱 动器的控制信号为数字信号， 该数字信号包括位置信号、 速度信号及电流信号。
所述电机驱动器与交流器联接， 所述交流器是控制电路的执行机构， 将所 述电机驱动器的控制信号转换成不同频率、 转速和幅值转矩的工作电流， 施加 于受控系统， 驱动所述电机运转。
优选地， 所述交流器还将其转化后的工作电流反馈到所述电流控制器以实 时对电流信号进行调整。
所述电机联接有编码器， 所述编码器是测量元件， 测量电动机获得受控变 量的实际数据， 采集实际的旋转位置， 并将位置值数据反馈到所述位置控制器， 并对采集到的位置数据进行微分计算， 由计算结果得出电机的旋转速度， 将速 度数据反馈到所述速度控制器，所述 SDC与电机驱动器进行信息与数据的交换， 从而可以对电机的驱动进行纠偏。
如图 5 所示， 同步驱动器连接多个电机驱动器， 每个所述电机驱动器分别 连接电机及编码器， 所述同步驱动器连接有主机， 可以通过主机对控制参数进 行设定， 本实施例还包括有诊断系统， 用于对控制系统的运行进行检测及诊断。
图 6是采用本控制系统对印刷机进行控制的示意图， 如图所示， 其中包括 放料电机、 出料电机及其他伺服电机都由单独的电机驱动器控制， 所有的控制 器都联接到同一个主控制器上， 该主控制器即为同步驱动控制器 SDC。
每个独立工作的单元如放料电机、 出料电机、 第一伺服电机等还设有测量 元件， 如摆杆信号处理卡、 电眼信号处理卡等， 测量元件测量电动机获得受控 变量的实际值、 实际速度、 实际旋转位置并与所述同步驱动控制器进行数据交 换， 从而实现多台电机的实时同步驱动。
以上所述是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技 术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这 些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

  1. 权 利 要 求
    1.一种直联式伺服电机传动结构， 包括伺服电机及印刷版辊， 其特征在于， 所 述伺服电机与所述印刷版辊由柔性联轴器直接联接。
  2. 2.根据权利要求 1 所述的直联式伺服电机传动结构， 其特征在于， 还包括张力 传感器及印刷监控光电目艮对电机运转精度进行控制。
  3. 3.—种直联式伺服电机传动结构控制系统， 其特征在于， 包括同步驱动控制器、 电机驱动器、 交流器、 电动机， 所述同步驱动控制器计算所有驱动装置的设定值， 并通过现场总线将设定值分配到各个电机驱动器控制所述电机驱动器作时间同步旋 转； 所述电机驱动器对单台电动机进行控制； 所述交流器是控制电路的执行机构， 将所述电机驱动器的控制信号转换成工作电流， 施加于受控系统， 驱动所述电动机 运转。
  4. 4.根据权利要求 3 所述的控制系统， 其特征在于， 还包括编码器， 所述编码器 测量电动机获得受控变量的实际值并与所述同步驱动控制器进行数据交换， 从而实 现多台电机的实时同步驱动。
  5. 5.根据权利要求 4 所述的控制系统， 其特征在于， 所述编码器安装在系统负载 侧和 /或电机侧。
  6. 6.根据权利要求 3 所述的控制系统， 其特征在于， 所述电机驱动器的控制信号 为数字信号。
  7. 7.根据权利要求 3 所述的控制系统， 其特征在于， 所述电机驱动器包括位置控 制器、 速度控制器及电流控制器。
  8. 8.根据权利要求 7 所述的控制系统， 其特征在于， 所述电机驱动器为单轴控制 器。
  9. 9.根据权利要求 3或 6所述的控制系统， 其特征在于， 所述控制信号包括位置 信号及速度信号。
  10. 10.根据权利要求 3所述的控制系统， 其特征在于， 所述交流器包括将实际电流 数值信号反馈到所述电流控制器的反馈电路。
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