0 引言

　　膠印、柔印、凹印技術三足鼎立，三種工藝各有所長,其中的凹印技術以其印刷色差小、印金效果好、印品無接縫、印材適用面廣、符合長版活印刷等優點而為人稱道。隨著控制技術的發展，目前全球印刷企業用戶和設備生產廠商都將目光聚集于一項新興控制技術——無軸傳動控制。尤其是應用在凹版印刷機上，其優勢更為突出。

　　傳統的機組式凹版印刷機依靠一根機械主軸通過渦輪蝸桿向各個印刷單元傳遞動力，并以此來保證各色組版輥的運動同步，動力來源于由矢量控制變頻器控制的三相異步電動機，其傳動精度差，機械結構復雜。印刷圖案的套準控制則是通過控制專門的浮動輥的運動，并通過控制張力以控制承印物的拉伸而實現的。我們將這種傳統的機組式凹版印刷方式簡稱為有軸印刷，相應地將另一種新型的印刷方式簡稱為無軸印刷。
   
　　所謂無軸傳動，就是采用虛擬電子軸取代傳統的機械主傳動軸，并取消套色系統所需的浮動輥機構，而將傳動與套色融為一體，直接作用于印刷版輥的一種伺服傳動方式。

　　目前，用于凹印機的無軸傳動控制系統分為兩個流派：其一是以日本住友、西門子、力士樂等公司為代表的“傳動系統+套色系統”的復合式流派，另一個則是以貝加萊公司為代表的集傳動與套色為一體的富有創新意義的集成式流派。該集成型系統的顯著特點是簡潔、高效以及成本的競爭力。

1 無軸傳動凹印技術的特點 

1.1 無軸傳動控制系統的分類

　　無軸印刷傳動技術在發展過程中形成了以下三種類型的系統：亞無軸傳動控制系統、準無軸傳動控制系統和集成型無軸傳動控制系統。

（１） 亞無軸傳動控制系統

　　僅僅去掉了傳統的機械主傳動軸，每一印刷單元采用獨立驅動機構，保留了套色系統所需的浮動輥機構且完全獨立。由于傳動和套準控制系統的相對獨立性，控制上很難達到完全協調和穩定，浮動輥機構的結構仍然復雜，而且色組之間的過料長度較長，很難實現高速、高精度的印刷工藝。它是無軸控制系統的前身。

（２） 準無軸傳動控制系統

　　不僅去掉了傳統的機械主傳動軸，同時也去掉了套色系統所需的浮動輥機構，每一印刷單元采用獨立驅動機構，以保證印刷版輥的速度同步。同時，由相對獨立的套色系統提供已經處理的套色誤差信號，無軸傳動系統結合速度同步信號和套色誤差信號，統一協調工作。它是亞無軸控制系統的發展。

（３） 集成型無軸傳動控制系統

　　該系統采用基于伺服控制技術的虛擬電子軸傳動來取代傳統的機械主傳動軸，徹底摒棄了套色系統所需的浮動輥機構，而將傳動與套色融為一體，各個印刷單元均配置獨立的伺服電機及相應的減速機構對該單元的版輥獨立驅動，直接作用于印刷版輥。力求系統的完整性和統一性，有效地將張力控制、遠程站點控制納入其中，由一套PCC統一控制。這是一種真正意義上的無軸傳動控制系統，也是本文論述的主題。

1.2 無軸傳動凹印機及其控制技術的特點

　　無軸和有軸的根本區別是版輥的傳動方式不同，無軸各色組版輥的傳動是各自獨立的，各單元之間的同步十分關鍵，這是保證印刷品質的前提和基礎。在圖案套色控制上，無軸印刷是在保證各軸同步的基礎上，通過控制版輥的相位來實現的。
與傳統的機械主軸凹印機相比，采用集成型無軸傳動控制系統的機組式凹印機具有以下優點：
　
（１）傳動結構簡化，控制的協調性和穩定性好，過料長度縮短20％，走料時間也相應減少。
　
（２）高精度的預套準和極短的預套準時間

　　印刷版輥只需裝入任意印刷單元并初次確認印版輥“零位”，隨后伺服系統將自動根據色組間料長來調節版輥相位，將其轉動至“印刷位置”。伺服系統的定位精度可達0.001mm，重復精度為0.01mm，自動預套準的范圍可以嚴格控制到+/-10mm以內。
　
（３）采用高性能控制系統以實現高精度、高印速、高套準控制

　　該控制系統以PCC（即可編程計算機控制器）為核心，在控制伺服驅動、數據通信以及數據采集、處理等任務中，大大提高了效率，其處理速度和能力遠遠超出行業內其它類型的控制器，故它有能力很好地處理套色和同步傳動的統一。

　　該系統采用Ethernet POWERLINK實時工業以太網通信的方式，使PCC、HMI、各控制站點、各伺服驅動器之間的數據通信更加可靠、高速和實時。以總線的方式進行遠程I/O的配置和通信，節省了配線，并大大降低了系統的干擾和故障，使設備的維護簡化。

　　用于版輥位置反饋測量的編碼器通過硬件倍頻可達到400萬線/轉的高分辨率，系統控制精度可達0.001mm。在高達600米/分的印刷速度下仍能達到比機械軸凹印機高得多的套準精度，印刷實踐證明，該技術使套印精度由原來的0.1mm提高到0.05mm。
　
（４）特殊印刷工藝更易實現

　　無軸傳動控制系統不需改變系統硬件配置即可通過軟件來實現各個印刷色組正印和反印的任意轉換。無軸傳動對異徑涂布功能和定點涂膠功能的實現，較之傳統有軸凹版印刷更簡單而又可靠。
　
（５）色組機的分組使用

　　無軸傳動控制系統為多色機的分組使用提供了方便。即在某些色組正常作業時，用戶可為剩余色組提前做好訂單的裝版和勻墨工作。此外，用戶可依據生產需要將不參加作業的色組置于單動停止狀態，達到節能的效果。
　
（６）緊湊的工程設計和良好的工作環境

　　由于取消了機械傳動軸和齒輪箱，因而傳動噪音和維修保養工作量明顯減少，并留出了更大的空間用于操作及維修。各個印刷單元實現模塊化設計，節省了安裝和調試時間。

2 無軸凹版印刷機控制系統

　　集成型無軸傳動控制系統的技術方案立足于簡化機械結構和提高控制性能。

2.1 系統構成概述

　　型號不同的機組式凹版印刷機的色組單元個數是不同的，下面以一臺10色組單元凹版印刷機的控制系統為例，來說明凹印機無軸傳動控制系統的構成。

　　如圖1所示，該系統以B&R X20系列PCC為核心（CPU選用CP1486)，與上位操作監控站（選用PP320觸摸屏作為HMI）、10套B&R ACOPOS multi伺服驅動系統和10套色標識別系統一起構成基于Ethernet POWERLINK總線網絡的無軸凹印機控制系統。

圖1  機組式凹版印刷機無軸傳動控制系統簡化原理圖

2.2 主要控制裝置和子系統

2.2.1 操作監控站（HMI）

　　在無軸凹印機控制系統中，上位操作監控站是操作人員與系統交換信息的唯一渠道，它實現系統參數讀寫、系統狀態監控、故障提示和配方管理等功能。

　　B&R人機界面系列產品Power Panel 300 BIOS觸摸屏是一種集顯示操作和數據處理于一體的人機界面。該系統選用了一款面板屏幕尺寸為15英寸的嵌入式高檔人機界面，面板背部集成有Ethernet等通信接口，不僅具備人機界面通常所有的功能，同時還可以在其中裝入通用操作系統，如Windows XP、Windows CE等，開放的操作系統可以使該系列的觸摸屏作為一個SCADA系統的操作員站或遠程的瘦客戶端，還可支持目前多種主流的圖形組態軟件，如Wonderware InTouch和組態王等，客戶可以根據自己的具體條件選擇合適的組態軟件以應用于不同行業的項目開發。

2.2.2 X20系列PCC

　　X20系列PCC已成為高精度機械自動化和高可靠性過程自動化等復雜靈活自動化項目的通用解決方案。其CPU是一款高性能的處理器，如采用Intel Celeron 650處理器的X20控制器，具備有附加的I/O處理器和浮點處理器FPU，系統單步指令周期最快可達到0.01us，任務循環周期可短至200us。X20 CPU支持多種通信協議，RS232、Ethernet、Ethernet POWERLINK和USB等通信接口已經成為X20 PCC的標準配置。與B&R的其他系列控制器一樣，X20系列的控制器也使用B&R的Automation Studio™軟件平臺。

　　X20分布式控制的設計理念，可以使用CAN、Ethernet POWERLINK等多種總線把遠程分布式I/O模塊方便地連接起來，實現傳統控制技術和分布式I/O技術的完美結合。 

　　X20系列PCC除能連接常規數字量和模擬量I/O模塊外，還可配置高速計數器、PWM、編碼器、NC等多種專家模塊。并且所有I/O模塊<