CN202592957U - 一种高速无轴传动印刷送纸控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种高速无轴传动印刷送纸控制系统，包括控制送纸辊的伺服电机、控制印刷版辊的交流电机、感应印刷版辊上的原点标记的原点传感器、反馈编码器、纸张传感器、人机交互装置和控制器；所述交流电机由变频器控制；所述人机交互装置的控制信号输出端分别连接控制器的控制信号输入端和变频器的控制信号输入端；控制器的数据输出端连接人机交互装置的数据输入端；所述原点传感器的信号输出端连接控制器的信号输入端；所述反馈编码器的信号输出端连接控制器的信号输入端；所述纸张传感器的信号输出端连接控制器的信号输入端；所述接控制器的控制信号输出端连接伺服电机的控制信号输入端。本技术方案成本低，稳定性强，精度高，无轴传动，减小了各部分的机械磨损。
Description
技术领域
本技术方案涉及一种高速无轴传动印刷送纸控制系统，具体的说是涉及纸张印刷中，用送纸辊(伺服电机控制)给印刷版辊(变频电机控制)送纸的一种无轴传动控制系统。
背景技术
无轴传动纸张印刷技术为目前国际流行的新型包装印刷技术。如图1，以一般无轴传动纸张印刷控制系统为例，该系统采用PLC作为主控系统，印刷版辊、墨辊、送纸辊、进纸辊和电子凸轮等皆为伺服传动，用步进电机调整间隙，人机界面集中监控，现场总线采集传递信号，再结合高精度减速机、联轴器、编码器、滑轨丝杠和同步皮带等机构，实现高速运转下的各辊筒速度同步及相位同步，真空吸附电子凸轮送纸机构保障快速精确送纸。该系统中的送纸辊和印刷版辊的送纸控制方法是：当纸张传感器感应到纸张到达时，通过印刷版辊的编码器反馈读取当前原点标记的位置，再结合纸张传感器到原点传感器的距离，算出相应脉冲频率比，使得纸张和原点标记同时到达原点。
上述无轴传动纸张印刷系统是现有技术中比较常用的采用技术，这个系统中采用了全套伺服电机，而没有采用普通电机或其他形式电机，原因主要是一般变频器并不能精确控制电机速度的原因，即使矢量变频器也要有编码器才能实现速度的同步，这必然使得系统电控系统的成本成倍提高。
发明内容
本技术方案的目的就是针对此应用背景，在保证印刷控制精度的前提下，设计出了一种可以应用PLC的高速无轴传动印刷送纸控制系统。该控制系统能够使得无轴传动纸张印刷系统里，大功率，高成本的控制印刷版辊的伺服电机可以被用普通变频器控制的交流电机所取代。
一种高速无轴传动印刷送纸控制系统，包括控制送纸辊的伺服电机、控制印刷版辊的交流电机、感应印刷版辊上的原点标记的原点传感器、反馈编码器、纸张传感器、人机交互装置和控制器；所述交流电机由变频器控制；
所述人机交互装置的控制信号输出端分别连接控制器的控制信号输入端和变频器的控制信号输入端；控制器的数据输出端连接人机交互装置的数据输入端；
所述原点传感器的信号输出端连接控制器的信号输入端；
所述反馈编码器的信号输出端连接控制器的信号输入端；
所述纸张传感器的信号输出端连接控制器的信号输入端；
所述接控制器的控制信号输出端连接伺服电机的控制信号输入端；
所述控制器是PLC；所述人机交互装置包括操作面板和HMI显示屏，操作面板的控制信号输出端分别连接PLC的控制信号输入端和变频器的控制信号输入端，所述HMI显示屏与PLC连接。
所述控制器是工控计算机；所述人机交互装置包括操作面板、以及工控计算机的键盘和显示器；操作面板的控制信号输出端分别连接工控计算机的信号输入端和变频器的控制信号输入端。
本高速无轴传动印刷送纸控制系统的控制方法，步骤如下：
第一步、设置伺服电机驱动器的编码器线数；编码器线数值的设置依据是，印刷版辊与送纸辊线之间的传送比、以及反馈编码器线数来计算设置，使得当反馈编码器返回脉冲直接驱动伺服电机时，印刷版辊和送纸辊的线速度相同；
第二步、在纸张传送路径上，设纸张传感器所在A点，反馈编码器所在O点；当纸张到达A点时，原点标记处于B点位置，折算圆弧长度OB；
把纸张从A点到O点的传送过程分为三个阶段：在O点之A点之间的两个的位置各取一点C和D作为参考点，其中，C点靠近A点，D点靠近O点；确定CA距离为纸张调速阶段，对应时间t1；确定CD为纸张补偿阶段，对应时间t2；确定DO为同步阶段，对应时间t3；
第三步、在t1时间内，输出伺服电机的加/减速控制脉冲，初步消除纸张和B点到O点的行程差；
第四步、在t1时刻，重新计算纸张和原点标记到D点的距离：若纸张到D点的距离ΔS1小于B点到D点的距离ΔS2，则反馈编码器输出反馈频率的(ΔS1/ΔS2)×K倍的PWM脉冲至伺服电机；K为修正系数，范围是0.95～1.05；
第五步、如果考虑误差，总能使纸张到达D点附近时，纸张和B点距离原点O点的弧长距离OB相等，这时，由反馈编码器的脉冲直接驱动伺服电机，进行零误差同步，此时纸张和B点同时到达O点。
采用上述技术方案，本技术方案有以下特点：
1)整个系统采用一个主控专用PLC完成所有控制，各部分电机控制，比较稳定。
2)印刷系统所有的电机，运动时不需要绝对的同步，系统对于纸张的传送过程稳定性要求不高，具有一定的调节机制。只需要纸张传送到送纸辊的时间差在一定的范围之内。
3)印刷系统，印刷版辊采用变频电机，送纸辊采用伺服电机，其他前沿送纸电机也可以使用变频电机。
4)送纸辊和印刷版辊处于同步状态时，送纸辊伺服电机的驱动脉冲直接取至印刷版辊的编码器返回脉冲，可以做到理论绝对同步，不存在累计误差。
5)纸张在OA距离内传送共分为三个阶段，调速阶段，补偿阶段，同步阶段。
6)系统同样拥有印刷偏移的软件补偿能力，细微调整OA距离参数，就可以达到补偿效果，使得印刷相对位置超前或滞后的微调。
7)简化设备，提高性价比。本技术方案目的并不是取代现有通用设计方案，而是在保有现有高精度，高效率，高稳定等优点的前提下，提高性价比。
附图说明
图1为现有技术中，无轴传动印刷技术结构图；
图2本技术方案送纸阶段示意图；
图3本技术方案送纸阶段原理示意图；
图4本技术方案控制系统的结构示意图。
具体实施方式
如图3所示本技术方案的控制系统包括专用可编程逻辑控制器PLC，PLC分别与操作显示屏、印刷版辊相连的反馈编码器、纸张到达光电传感器、印刷版辊原点光电传感器，送纸辊伺服电机驱动器相连。印刷版辊电机连接可调速变频器，由外部可调电位器单独控制印刷版辊变频电机转速。送纸辊伺服电机与伺服电机驱动器相连。印刷版辊原点光电安装在印刷版辊与纸张相切位置。纸张光电安装在送纸辊出口位置。
本技术方案的具体工作过程：
1、调整外部可调电位器控制印刷版辊变频电机转速，初始状态，送纸辊线速度和印刷版辊线速度同步转动。
2、PLC累计印刷版辊相连的反馈编码器反馈脉冲，当印刷版辊原点光电传感器感应到信号时计数清零。印刷版辊旋转一周清零一次。
3、设置操作显示屏上OA距离参数值。
4、前沿送纸把纸张在适当的时间点把纸送入送纸辊。
5、送纸辊在纸张到达光电传感器有信号的时候，PLC通过印刷版辊反馈编码器读取当前原点标记的位置，通过该算法，开始三阶段的送纸过程，最终使得纸张准时送到印刷版辊进行印刷。
6、印刷版辊旋转一周表示一个印刷循环周期。
本技术方案的核心是利用专用PLC控制伺服电机传送纸张速度迎合普通变频电机旋转速度，通过PLC对印刷版辊反馈编码器的输出脉冲的处理，来达到印刷精度理论零误差的控制方法。因此凡是采用这种控制方法实现伺服电机匹配普通变频电机旋转，均属于本技术方案的保护范围。
本技术方案的原理说明如下：
第一步、设置送纸辊伺服电机驱动器的编码器线数。这个值根据印刷版辊和送纸辊线传送比，以及印刷版辊的编码器线数计算设置，能够使得当印刷版辊的编码器返回脉冲直接驱动送纸辊的伺服电机时，印刷版辊和送纸辊的线速度能够实现同步。
第二步、因为图1中，第一，二两级送纸过程精度不是很高，这样就使得纸张到达A点时，原点标记离O点的切线距离不等于OA的距离，纸张到达A点后，送纸辊和印刷版辊不能直接做同步运动，必须通过调节伺服电机速度来使得纸张和原点标记同时到达O点。见图2。当纸张到达A点时，原点标记处于B点位置，折算圆弧长度OB。把纸张从A点到O点的传送过程分为三个阶段：在O点前某两个的位置各取一点C，D作为参考点，确定CA距离为纸张调速阶段，确定CD为纸张补偿阶段，确定DO为同步阶段。三阶段从时间角度折射成图3。
第三步、因为印刷版辊在宏观上是基本匀速旋转，编码器反馈脉冲的频率反应转速，在CA调速阶段时(即t1时间段)，加减速输出伺服电机控制脉冲，来初步消除纸张和原点标记到原点的行程差。
第四步、在t1时刻，重新计算纸张和原点标记到D点的距离，若纸张到D点的距离ΔS1略小于原点标记到D点的距离ΔS2，则输出编码器反馈频率的(ΔS1/ΔS2)*K倍的PWM脉冲至伺服电机(K为修正系数0.95～1.05)。
第五步、即使考虑误差，总能使纸张到达D点附近时，纸张和原点标记距离原点O点的距离相等，这时，由编码器的脉冲直接驱动伺服电机，进行零误差同步，纸张和原点标记同时到达O。
Claims (3)
1.一种高速无轴传动印刷送纸控制系统，其特征是包括控制送纸辊的伺服电机、控制印刷版辊的交流电机、感应印刷版辊上的原点标记的原点传感器、反馈编码器、纸张传感器、人机交互装置和控制器；所述交流电机由变频器控制；
所述人机交互装置的控制信号输出端分别连接控制器的控制信号输入端和变频器的控制信号输入端；控制器的数据输出端连接人机交互装置的数据输入端；
所述原点传感器的信号输出端连接控制器的信号输入端；
所述反馈编码器的信号输出端连接控制器的信号输入端；
所述纸张传感器的信号输出端连接控制器的信号输入端；
所述接控制器的控制信号输出端连接伺服电机的控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的高速无轴传动印刷送纸控制系统，其特征是所述控制器是PLC；所述人机交互装置包括操作面板和HMI显示屏，操作面板的控制信号输出端分别连接PLC的控制信号输入端和变频器的控制信号输入端，所述HMI显示屏与PLC连接。
3.根据权利要求1所述的高速无轴传动印刷送纸控制系统，其特征是所述控制器是工控计算机；所述人机交互装置包括操作面板、以及工控计算机的键盘和显示器；操作面板的控制信号输出端分别连接工控计算机的信号输入端和变频器的控制信号输入端。
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