羅升同步控制器與直接驅(qū)動馬達在全自動不干膠印刷機中的應(yīng)用與調(diào)試

• 關(guān)鍵詞： 羅升橫河DD馬達 羅升同步控制器， 色標，高精度|羅升同步控制器與直接驅(qū)動馬達在全自動不干膠印刷機中的應(yīng)用與調(diào)試||趙琦|天津羅升企業(yè)有限公司 伺服產(chǎn)品處| 運動控制
• 摘要：介紹羅升同步控制器SPC-007技術(shù)特點，與羅升橫河DD馬達的技術(shù)特點。介紹不干膠印刷機電氣構(gòu)架以及同步控制器SPC-007與橫河DD馬達在不干膠印刷機上的應(yīng)用，并展望了不干膠印刷機在國內(nèi)的市場。

0 前言
標簽主要應(yīng)用于裝飾、信息、識別、防偽、儲運等五大領(lǐng)域。標簽應(yīng)用較多的行業(yè)和產(chǎn)品主要有：日化、化妝品、電子家電、醫(yī)藥、日用品、食品及飲料、超市零售和物流，工業(yè)相關(guān)產(chǎn)品、安全、防偽相關(guān)產(chǎn)品、環(huán)保相關(guān)產(chǎn)品等。據(jù)有關(guān)資料顯示：全球標簽市場發(fā)展迅速，2007年全球標簽銷售額預(yù)計達到620億美元，近30年來每年增長5%~7%，各種標簽產(chǎn)量達到330億平方米，其中歐洲已超過10億平方米，人均消費為15平方米。美國每年增長5%，日本每年增長3%~5%，中國、拉美地區(qū)、歐洲東部增長速度最快，為15%~20%。全自動商標印刷機在國外印標機市場是主流產(chǎn)品，在國內(nèi)也被越來越多地投入生產(chǎn)。為了提高印刷速度與精度，使得設(shè)備便于維護與維修，很多標簽印刷設(shè)備生產(chǎn)廠商都選用直接驅(qū)動馬達與同步控制器。1 羅升SPC-007同步控制器產(chǎn)品特點
羅升SPC-007同步控制器（圖1）是為標簽印刷機設(shè)備專門開發(fā)的同步控制器，控制器可以對標記間隔變化的能夠自動更新進給長度予以隨動，保持停止精度。也可與上下動作的印刷滾等工具同步。具有保持工具的周期時間和進給所需的時間之穩(wěn)定比率的功能，工具的周期時間變動后，進給速度自動更新，能防止在印刷材料的進給途中與工具嚙合。圖2是SPC-007與控制界面、驅(qū)動設(shè)備的電氣連接圖。

圖1 羅升SPC-007 同步控制器

圖2 羅升SPC-007 控制連接圖
2 羅升橫河DD馬達技術(shù)特點
在標簽印刷設(shè)備上使用DD馬達，主要是關(guān)于DD馬達高精度、高剛性、高速度等特性：
間隙誤差被消除。普通的傳動機構(gòu)由于有減速機、聯(lián)軸器、齒輪、皮帶或絲杠等中間環(huán)節(jié)，間隙誤差是肯定無法避免的，尤其是對于長時間運轉(zhuǎn)所造成的機械磨損更是無法補償。DD馬達恰恰能很好的解決以上的問題，由于DD直接驅(qū)動的安裝方式（圖3），誤差被減為最少；而且它的伺服特性也可以隨時修正誤差，達到最理想的控制精度。

圖3 羅升橫河DD馬達直接驅(qū)動與伺服+減速機驅(qū)動結(jié)構(gòu)比較
高解析度和高定位精度。DYNASERV DD馬達選配的編碼器分辨率很高，DM1B-045的解析度為655,360PPR（DM1A系列 達到4096000PPR），電器控制精度高，已經(jīng)超過普通伺服的控制精度1個數(shù)量級。由于制作相當精密，最終的精度控制一般可以達到2秒以內(nèi)。
羅升橫河DD馬達的驅(qū)動結(jié)構(gòu)（圖4）決定了它的高剛性，結(jié)構(gòu)緊湊，使用效率高。DD 馬達的剛性很強，與負載結(jié)合后特性很硬，對于其驅(qū)動器要求更高。最新型的DYNASERV驅(qū)動器可以提供在線增益調(diào)試和共振濾波。馬達中空獨特設(shè)計不但減輕了自身慣量，也給客戶提供了更多的安裝形式。組合后的機械結(jié)構(gòu)會更加緊湊，使用效率比較其他方式最高。

圖4 DD馬達驅(qū)動結(jié)構(gòu)永磁式定子
羅升橫河DD馬達的相對轉(zhuǎn)速比較低，額定轉(zhuǎn)速基本在60rpm~240rpm之間，但是這里的轉(zhuǎn)速是最終在轉(zhuǎn)臺上的轉(zhuǎn)速，相對比普通伺服+減速機的構(gòu)架，在最終轉(zhuǎn)速上也是非常有優(yōu)勢。在保持轉(zhuǎn)速的同時DD馬達保持了高的輸出扭力，由于采用永磁定子，因此在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)羅升橫河DD馬達的扭力輸出曲線能夠保持平滑線性特性（圖5）。

圖5 DD馬達 轉(zhuǎn)速-扭矩輸出特性
羅升橫河的GIII驅(qū)動器采用了I-PD控制方式，同樣帶寬的電流環(huán)，采用I-PD控制的GIII驅(qū)動器達到10Hz帶寬的位置環(huán)，與傳統(tǒng)的PID控制方式相比，減小了2.5倍的速度帶寬。這個特點決定了馬達的高剛性（位置帶寬）。

圖6 橫河GIII驅(qū)動器控制控制圖
3 羅升同步控制器SPC-007與羅升橫河DD馬達產(chǎn)品在不干膠印刷機的應(yīng)用
不干膠商標印刷機采用平壓式結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要完成工藝：送紙，印刷（二次套?。?，壓凸，燙金，裁切或收卷，計數(shù)。印刷速度為60-180次/分鐘。一次印刷測定值<0.03mm，二次套印測定值<0.035mm（統(tǒng)計值）。DD馬達主要用于驅(qū)動輥的拖動，由控制原理圖7所視，1次印刷時單軸控制器SPC007控制DD馬達的行走長度和速度，印版上下印色；二次套印時，色標傳感器掃描Mark點，通知SPC007以追Mark模式控制DD運動，印版上下套色。行走距離和速度的設(shè)定可由上位指撥開關(guān)或人機界面來完成。比較舊型機種，節(jié)省了人力，尤其針對套色問題，完全是由控制器來完成。避免了機械誤差所造成經(jīng)常作機械調(diào)整的工作，大大提高了工作效率。并且維護簡單，設(shè)備安全性好。

圖7 DD馬達+SPC-007控制原理圖
羅升橫河GIII驅(qū)動器的示波器功能（圖8）可以顯示出實施抓取的實時速度命令與實際速度，從而可以分析出共振點的頻率，加適當?shù)臑V波器，可以實現(xiàn)最優(yōu)位置控制。圖8是在東莞萬鴻機械調(diào)試不干膠印刷機時候?qū)崟r抓取的波形圖。

圖8 GIII驅(qū)動器示波器功能4 結(jié)論
目前，國產(chǎn)較高檔次的標簽產(chǎn)品基本上可滿足國內(nèi)三資企業(yè)和大型國企的需要，但是近年來，中國標簽市場對高檔次、可自動貼標的不干膠標簽機需求量迅速增多，國內(nèi)的一些大印刷廠家陸續(xù)引進了先進的凸版和柔版標簽印刷設(shè)備來滿足市場需求。而中國本土化的標簽印刷設(shè)備在技術(shù)、性能上相對國外產(chǎn)品有一定的差距，使得一些擁有先進技術(shù)裝備的國外專業(yè)標簽印刷設(shè)備廠商瞄準這一商機，紛紛將設(shè)備打入中國市場甚至在中國投資建廠。但為了奪回這一標簽印刷市場，國內(nèi)不干膠標簽印刷設(shè)備生產(chǎn)商也在加大研發(fā)力度向高檔次領(lǐng)域發(fā)展。羅升企業(yè)以引進先進技術(shù)，提升制造業(yè)水平為使命，最早將羅升橫河DD馬達引進到臺灣的不干膠設(shè)備生產(chǎn)廠商，并形成規(guī)模生產(chǎn)，國內(nèi)廠商也在逐步應(yīng)用此項技術(shù)。隨著國內(nèi)經(jīng)濟快速發(fā)展，越來越多的高新技術(shù)被應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域。羅升公司希望架起技術(shù)的橋梁，更多地將國外成熟的應(yīng)用技術(shù)提供給行業(yè)中人分享。參考文獻
[1]李軍紅，陳潮填，唐忠平. 交流永磁同步電機伺服系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制。 《微特電機》 2006年第一期 第32卷。
[2]譚俊嶠。透視標簽印刷業(yè)的發(fā)展新趨勢?！队∷⒐I(yè)》2006年第2期。
[3]Andrew S. Tanenbaum, “Computer Network” Qinghua University, Bejing, 2002.
[4]Yokogawa Electric Corporation. Direct Driver Motor Intelligent Driver Technical Information
[5]TM Jahnsm, WLSoong.　Pulsating Torque Minimitation Techniques for Permanent Magnet AC Drives-A Review IEETrans[J]. on Industrial Electronics,2005,IE-43(2):321-330