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    （貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司，上海 200233）周曉霞

    （唐山理工智能儀器有限公司，河北 唐山 063000）郎建華
                      
    周曉霞（1966-）女，甘肅天水人，本科，現(xiàn)就職于貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司。

    摘要：凹版印刷機(jī)集成型無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)是采用虛擬電子軸傳動(dòng)取代傳統(tǒng)機(jī)械主傳動(dòng)軸，徹底取消傳統(tǒng)套色系統(tǒng)所需的浮動(dòng)輥機(jī)構(gòu)，從而將傳動(dòng)與套色融為一體，直接作用于印刷版輥的一種自動(dòng)化伺服控制系統(tǒng)。該文介紹了無(wú)軸傳動(dòng)系統(tǒng)的分類和技術(shù)特點(diǎn)，并以貝加萊的PCC、ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)器和Ethernet POWERLINK實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)在該系統(tǒng)中的應(yīng)用為例，論述了該無(wú)軸凹印機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)方案。無(wú)軸傳動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，簡(jiǎn)化了機(jī)械的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了控制的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性，縮短了過(guò)料時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了凹印機(jī)的高精度、高印速和高套準(zhǔn)控制。

    關(guān)鍵詞：凹版印刷機(jī)；無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)；套色控制；伺服驅(qū)動(dòng)；Ethernet POWERLINK工業(yè)以太網(wǎng)

    Abstract: The integrated shaft-less drive control system of the gravure press is a kind of automation servo control system in which the virtual electronic shafts are adopted to substitute for the main drive shaft of traditional machinery to completely cancel the mechanism of floating roller needed by traditional color register system, thus the drive will be fused together with the color register, and the electronic shafts will directly act up on the printing rollers. The paper introduces classification and technical characteristics of shaft-less drive system and expounds the technical scheme of the control system of shaft-less gravure press by taking the application of B&R’s PCC, ACOPOSmulti servo drive and Ethernet POWERLINK real time industrial Ethernet in the above system as an example. The mechanical transmission structure is simplified, the cooperativeness and stability of the control are optimized, the material feeding time is shortened by using the shaft-less drive control technology and therefore we realize the control of the intaglio printing press with high-precision, high printing speed and high-accuracy registration.

    Key words: Intaglio printing press; Shaft-less drive control system; Color register control; Servo driving; Ethernet POWERLINK industrial Ethernet

    1 引言

    膠印、柔印、凹印技術(shù)三足鼎立，三種工藝各有所長(zhǎng)，其中的凹印技術(shù)以其印刷色差小、印金效果好、印品無(wú)接縫、印材適用面廣、符合長(zhǎng)版活印刷等優(yōu)點(diǎn)而為人稱道。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，目前全球印刷企業(yè)用戶和設(shè)備生產(chǎn)廠商都將目光聚集于一項(xiàng)新興控制技術(shù)——無(wú)軸傳動(dòng)控制。尤其是應(yīng)用在凹版印刷機(jī)上，其優(yōu)勢(shì)更為突出。

    傳統(tǒng)的機(jī)組式凹版印刷機(jī)依靠一根機(jī)械主軸通過(guò)渦輪蝸桿向各個(gè)印刷單元傳遞動(dòng)力，并以此來(lái)保證各色組版輥的運(yùn)動(dòng)同步，動(dòng)力來(lái)源于由矢量控制變頻器控制的三相異步電動(dòng)機(jī)，其傳動(dòng)精度差，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。印刷圖案的套準(zhǔn)控制則是通過(guò)控制專門的浮動(dòng)輥的運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)控制張力以控制承印物的拉伸而實(shí)現(xiàn)的。我們將這種傳統(tǒng)的機(jī)組式凹版印刷方式簡(jiǎn)稱為有軸印刷，相應(yīng)地將另一種新型的印刷方式簡(jiǎn)稱為無(wú)軸印刷。

    所謂無(wú)軸傳動(dòng)，就是采用虛擬電子軸取代傳統(tǒng)的機(jī)械主傳動(dòng)軸，并取消套色系統(tǒng)所需的浮動(dòng)輥機(jī)構(gòu)，而將傳動(dòng)與套色融為一體，直接作用于印刷版輥的一種伺服傳動(dòng)方式。目前，用于凹印機(jī)的無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)分為兩個(gè)流派：其一是以日本住友、西門子、力士樂(lè)等公司為代表的“傳動(dòng)系統(tǒng)+套色系統(tǒng)”的復(fù)合式流派，另一個(gè)則是以貝加萊公司為代表的集傳動(dòng)與套色為一體的富有創(chuàng)新意義的集成式流派。該集成型系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔、高效以及成本的競(jìng)爭(zhēng)力。

    2 無(wú)軸傳動(dòng)凹印技術(shù)的特點(diǎn)

    2.1 無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)的分類

    無(wú)軸印刷傳動(dòng)技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中形成了以下三種類型的系統(tǒng)：亞無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)、準(zhǔn)無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)和集成型無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)。

    （1）亞無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)

    僅僅去掉了傳統(tǒng)的機(jī)械主傳動(dòng)軸，每一印刷單元采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，保留了套色系統(tǒng)所需的浮動(dòng)輥機(jī)構(gòu)且完全獨(dú)立。由于傳動(dòng)和套準(zhǔn)控制系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性，控制上很難達(dá)到完全協(xié)調(diào)和穩(wěn)定，浮動(dòng)輥機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)仍然復(fù)雜，而且色組之間的過(guò)料長(zhǎng)度較長(zhǎng)，很難實(shí)現(xiàn)高速、高精度的印刷工藝。它是無(wú)軸控制系統(tǒng)的前身。

    （2）準(zhǔn)無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)

    不僅去掉了傳統(tǒng)的機(jī)械主傳動(dòng)軸，同時(shí)也去掉了套色系統(tǒng)所需的浮動(dòng)輥機(jī)構(gòu)，每一印刷單元采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以保證印刷版輥的速度同步。同時(shí)，由相對(duì)獨(dú)立的套色系統(tǒng)提供已經(jīng)處理的套色誤差信號(hào)，無(wú)軸傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合速度同步信號(hào)和套色誤差信號(hào)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作。它是亞無(wú)軸控制系統(tǒng)的發(fā)展。

（3）集成型無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)

    該系統(tǒng)采用基于伺服控制技術(shù)的虛擬電子軸傳動(dòng)來(lái)取代傳統(tǒng)的機(jī)械主傳動(dòng)軸，徹底摒棄了套色系統(tǒng)所需的浮動(dòng)輥機(jī)構(gòu)，而將傳動(dòng)與套色融為一體，各個(gè)印刷單元均配置獨(dú)立的伺服電機(jī)及相應(yīng)的減速機(jī)構(gòu)對(duì)該單元的版輥獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，直接作用于印刷版輥。力求系統(tǒng)的完整性和統(tǒng)一性，有效地將張力控制、遠(yuǎn)程站點(diǎn)控制納入其中，由一套PCC統(tǒng)一控制。這是一種真正意義上的無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)，也是本文論述的主題。

    2.2 無(wú)軸傳動(dòng)凹印機(jī)及其控制技術(shù)的特點(diǎn)

    無(wú)軸和有軸的根本區(qū)別是版輥的傳動(dòng)方式不同，無(wú)軸各色組版輥的傳動(dòng)是各自獨(dú)立的，各單元之間的同步十分關(guān)鍵，這是保證印刷品質(zhì)的前提和基礎(chǔ)。在圖案套色控制上，無(wú)軸印刷是在保證各軸同步的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制版輥的相位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
與傳統(tǒng)的機(jī)械主軸凹印機(jī)相比，采用集成型無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)組式凹印機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

    （1）傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化

    控制的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性好，過(guò)料長(zhǎng)度縮短20％，走料時(shí)間也相應(yīng)減少。

    （2）高精度的預(yù)套準(zhǔn)和極短的預(yù)套準(zhǔn)時(shí)間

    印刷版輥只需裝入任意印刷單元并初次確認(rèn)印版輥“零位”，隨后伺服系統(tǒng)將自動(dòng)根據(jù)色組間料長(zhǎng)來(lái)調(diào)節(jié)版輥相位，將其轉(zhuǎn)動(dòng)至“印刷位置”。伺服系統(tǒng)的定位精度可達(dá)0.001mm，重復(fù)精度為0.01mm，自動(dòng)預(yù)套準(zhǔn)的范圍可以嚴(yán)格控制到+/-10mm以內(nèi)。

    （3）采用高性能控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)高精度、高印速、高套準(zhǔn)控制

    該控制系統(tǒng)以PCC（即可編程計(jì)算機(jī)控制器）為核心，在控制伺服驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)通信以及數(shù)據(jù)采集、處理等任務(wù)中，大大提高了效率，其處理速度和能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出行業(yè)內(nèi)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(dòng)的統(tǒng)一。

    該系統(tǒng)采用Ethernet POWERLINK實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)通信的方式，使PCC、HMI、各控制站點(diǎn)、各伺服驅(qū)動(dòng)器之間的數(shù)據(jù)通信更加可靠、高速和實(shí)時(shí)。以總線的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O的配置和通信，節(jié)省了配線，并大大降低了系統(tǒng)的干擾和故障，使設(shè)備的維護(hù)簡(jiǎn)化。

    用于版輥位置反饋測(cè)量的編碼器通過(guò)硬件倍頻可達(dá)到400萬(wàn)線/轉(zhuǎn)的高分辨率，系統(tǒng)控制精度可達(dá)0.001mm。在高達(dá)600米/分的印刷速度下仍能達(dá)到比機(jī)械軸凹印機(jī)高得多的套準(zhǔn)精度，印刷實(shí)踐證明，該技術(shù)使套印精度由原來(lái)的0.1mm提高到0.05mm。

    （4）特殊印刷工藝更易實(shí)現(xiàn)

    無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)不需改變系統(tǒng)硬件配置即可通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)印刷色組正印和反印的任意轉(zhuǎn)換。無(wú)軸傳動(dòng)對(duì)異徑涂布功能和定點(diǎn)涂膠功能的實(shí)現(xiàn)，較之傳統(tǒng)有軸凹版印刷更簡(jiǎn)單而又可靠。

    （5）色組機(jī)的分組使用

    無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)為多色機(jī)的分組使用提供了方便。即在某些色組正常作業(yè)時(shí)，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(jù)生產(chǎn)需要將不參加作業(yè)的色組置于單動(dòng)停止?fàn)顟B(tài)，達(dá)到節(jié)能的效果。

    （6）緊湊的工程設(shè)計(jì)和良好的工作環(huán)境

    由于取消了機(jī)械傳動(dòng)軸和齒輪箱，因而傳動(dòng)噪音和維修保養(yǎng)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(gè)印刷單元實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，節(jié)省了安裝和調(diào)試時(shí)間。

    3 無(wú)軸凹版印刷機(jī)控制系統(tǒng)

    集成型無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)方案立足于簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)和提高控制性能。

    3.1 系統(tǒng)構(gòu)成概述

    型號(hào)不同的機(jī)組式凹版印刷機(jī)的色組單元個(gè)數(shù)是不同的，下面以一臺(tái)10色組單元凹版印刷機(jī)的控制系統(tǒng)為例，來(lái)說(shuō)明凹印機(jī)無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成。
                    
    如圖1所示，該系統(tǒng)以B&R X20系列PCC為核心（CPU選用CP1486)，與上位操作監(jiān)控站（選用PP320觸摸屏作為HMI）、10套B&R ACOPOS multi伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和10套色標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)一起構(gòu)成基于Ethernet POWERLINK總線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)軸凹印機(jī)控制系統(tǒng)。
 
                      
                      圖1   機(jī)組式凹版印刷機(jī)無(wú)軸傳動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化原理圖

    3.2 主要控制裝置和子系統(tǒng)

    3.2.1 操作監(jiān)控站（HMI）

    在無(wú)軸凹印機(jī)控制系統(tǒng)中，上位操作監(jiān)控站是操作人員與系統(tǒng)交換信息的唯一渠道，它實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)讀寫、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、故障提示和配方管理等功能。

    B&R人機(jī)界面系列產(chǎn)品Power Panel 300 BIOS觸摸屏是一種集顯示操作和數(shù)據(jù)處理于一體的人機(jī)界面。該系統(tǒng)選用了一款面板屏幕尺寸為15英寸的嵌入式高檔人機(jī)界面，面板背部集成有Ethernet等通信接口，不僅具備人機(jī)界面所有的功能，同時(shí)還可以在其中裝入通用操作系統(tǒng)，如Windows XP、Windows CE等，開(kāi)放的操作系統(tǒng)可以使該系列的觸摸屏作為一個(gè)SCADA系統(tǒng)的操作員站或遠(yuǎn)程的瘦客戶端，還可支持目前多種主流的圖形組態(tài)軟件，如Wonderware InTouch和組態(tài)王等，客戶可以根據(jù)自己的具體條件選擇合適的組態(tài)軟件以應(yīng)用于不同行業(yè)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。

    3.2.2 X20系列PCC

    X20系列PCC已成為高精度機(jī)械自動(dòng)化和高可靠性過(guò)程自動(dòng)化等復(fù)雜靈活自動(dòng)化項(xiàng)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(diǎn)處理器FPU，系統(tǒng)單步指令周期最快可達(dá)到0.01us，任務(wù)循環(huán)周期可短至200us。X20 CPU支持多種通信協(xié)議，RS232、Ethernet、Ethernet POWERLINK和USB等通信接口已經(jīng)成為X20 PCC的標(biāo)準(zhǔn)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(tái)。

    X20分布式控制的設(shè)計(jì)理念，可以使用CAN、Ethernet POWERLINK等多種總線把遠(yuǎn)程分布式I/O模塊方便地連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)控制技術(shù)和分布式I/O技術(shù)的完美結(jié)合。

    X20系列PCC除能連接常規(guī)數(shù)字量和模擬量I/O模塊外，還可配置高速計(jì)數(shù)器、PWM、編碼器、NC等多種專家模塊。并且所有I/O模塊均支持熱插拔，每個(gè)通道均留有便于萬(wàn)用表探針插入的測(cè)試維護(hù)孔，這是非常人性化的一種設(shè)計(jì)。

    3.2.3 印刷版輥伺服驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)

    B&R全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器ACOPOSmulti及伺服電機(jī)構(gòu)成了版輥伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，是該無(wú)軸凹印機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

    ACOPOSmuti是B&R的新一代伺服驅(qū)動(dòng)器，一改原有伺服驅(qū)動(dòng)器單軸獨(dú)立供電的結(jié)構(gòu)形式，轉(zhuǎn)向更具專業(yè)水準(zhǔn)的共用直流母線集中供電模式和背板式緊湊安裝結(jié)構(gòu)。其高效的散熱結(jié)構(gòu)、集中供電單元和獨(dú)特的雙軸驅(qū)動(dòng)單元等技術(shù)有利于縮小多軸應(yīng)用的安裝空間，共用直流母線技術(shù)有利于多軸驅(qū)動(dòng)的負(fù)載均衡，加之可逆整流技術(shù)更有利于穩(wěn)定直流母線的電壓，并適應(yīng)更寬范圍的交流供電電壓，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，還能將多余的發(fā)電制動(dòng)能量直接回饋給電網(wǎng)，節(jié)能效果明顯。加上Ethernet POWERLINK高速實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和系統(tǒng)安全技術(shù)，完美地解決了集中或分布式多軸應(yīng)用的高速實(shí)時(shí)同步和安全運(yùn)行問(wèn)題。

    按習(xí)慣把對(duì)每一個(gè)電機(jī)回路的控制稱為對(duì)一個(gè)“軸”的控制。這樣，該系統(tǒng)的控制對(duì)象就是若干個(gè)既相互關(guān)聯(lián)而又相對(duì)獨(dú)立的軸。

    其獨(dú)立性表現(xiàn)在每個(gè)“軸”獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，其控制模式是一致的，控制框架也基本相同。由PCC實(shí)現(xiàn)具體的工藝控制和數(shù)據(jù)處理。然后通過(guò)Ethernet POWRELINK總線和HUB口將數(shù)據(jù)傳送到各臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)印刷版輥的伺服電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器ACOPOSmulti中，伺服驅(qū)動(dòng)器則根據(jù)要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的分析處理，控制相應(yīng)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)各自的印刷版輥以實(shí)現(xiàn)同步控制。伺服電機(jī)的實(shí)際速度（位置）由其內(nèi)置編碼器反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器的編碼器信號(hào)分析卡，再由該編碼器卡將該信號(hào)反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，并由伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)其控制參數(shù)進(jìn)行必要的修正，形成內(nèi)閉環(huán)控制。

    它們的關(guān)聯(lián)性表現(xiàn)在系統(tǒng)速度來(lái)源是統(tǒng)一的，即跟蹤當(dāng)前的印刷速度，各個(gè)軸反映在相應(yīng)的印刷版輥的線速度是相同的。這一關(guān)聯(lián)性也確保了系統(tǒng)傳動(dòng)的同步性。

    套色時(shí)，通過(guò)光電眼將實(shí)際的套印誤差及時(shí)反映給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)該誤差信號(hào)快速處理并反饋給PCC，PCC則根據(jù)各個(gè)印刷單元的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況統(tǒng)一處理，調(diào)整印刷版輥的相位，從而實(shí)現(xiàn)套色。

    3.2.4 色標(biāo)識(shí)別及處理系統(tǒng)

    包括色標(biāo)識(shí)別傳感器及信號(hào)處理系統(tǒng)，色標(biāo)信號(hào)經(jīng)傳感器識(shí)別及處理系統(tǒng)的初步處理后，輸入到ACOPOSmuti系統(tǒng)再進(jìn)行處理運(yùn)算。PCC的CPU模塊對(duì)識(shí)別的信號(hào)做高級(jí)別的算法處理后再傳輸給ACOPOSmuti伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制。

    3.3 Ethernet POWERLINK總線及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

    3.3.1 Ethernet POWERLINK總線技術(shù)

    （1）概述

    Ethernet POWERLINK通信技術(shù)是由貝加萊公司研發(fā)并推向市場(chǎng)的一種嚴(yán)格且具有確定性的實(shí)時(shí)通信軟件協(xié)議，它完全建立在工業(yè)以太網(wǎng)硬件的基礎(chǔ)上，而不依賴于其它特定硬件環(huán)境，并僅采用軟件協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的具有高實(shí)時(shí)特性的安全工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。當(dāng)前它可實(shí)現(xiàn)波特率為1Gb i t s/s的安全通信速率。

    POWERLINK不僅支持PCC、分布式I/O以及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的循環(huán)通信，同時(shí)也支持實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的非同步通信，并且專門為這一目的預(yù)留有部分網(wǎng)絡(luò)帶寬。

    （2）技術(shù)參數(shù)（基于快速以太網(wǎng)100Mbit/s）

    Ethernet POWERLINK的主要技術(shù)參數(shù)如下：

    傳輸協(xié)議：標(biāo)準(zhǔn)快速以太網(wǎng)，IEEE802.3u

    數(shù)據(jù)傳輸速率：100Mbps

    支持的通信類型：同步數(shù)據(jù)、異步數(shù)據(jù)

    每站點(diǎn)最大的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量：1488byte

    每個(gè)POWERLINK網(wǎng)絡(luò)最大站點(diǎn)數(shù)：240個(gè)

    （3）Ethernet POWERLINK總線的通信原理POWERLINK網(wǎng)絡(luò)中有兩種數(shù)據(jù)通信形式：

    周期性的，非周期性的POWERLINK循環(huán)：采用SCNM (Slot Communication Network Management，時(shí)槽通信網(wǎng)絡(luò)管理) 技術(shù)解決了傳統(tǒng)的以太網(wǎng)CSMA/CD通信方式為解決數(shù)據(jù)沖突而引發(fā)的數(shù)據(jù)交換的不確定性問(wèn)題。
SCNM規(guī)定POWERLINK網(wǎng)絡(luò)中由管理器節(jié)點(diǎn)（MN）統(tǒng)一分配時(shí)槽給各控制器站點(diǎn)（CN），并依次輪詢。MN以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式向CN發(fā)出訪問(wèn)請(qǐng)求PollRequest，CN以廣播的方式向所有站點(diǎn)發(fā)出響應(yīng)信息PollResponse。
循環(huán)周期如圖2所示。
                      
                                    圖2  POWERLINK的循環(huán)周期
    一個(gè)POWERLINK循環(huán)包括一個(gè)循環(huán)頭（SoC-Startof Cycle），它被控制器用于同步操作，循環(huán)頭之后，管理器向第一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送一個(gè)傳送請(qǐng)求，相應(yīng)地它會(huì)收到一個(gè)傳送回應(yīng)，以此類推，在每一個(gè)循環(huán)中，所有的站點(diǎn)都會(huì)被訪問(wèn)到。循環(huán)通信在一個(gè)循環(huán)尾（EoC-End of Cycle）終止，而后就是非同步通信時(shí)間，這時(shí)，管理器就向某個(gè)站點(diǎn)發(fā)送或者提示其發(fā)送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)通信過(guò)程如圖3所示。
                         
                                  圖3   POWERLINK數(shù)據(jù)通信的過(guò)程
    3.3.2 無(wú)軸凹印機(jī)控制系統(tǒng)中Ethernet POWERLINK的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

    該凹印機(jī)控制系統(tǒng)的Ethernet POWERLINK網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及站點(diǎn)分配如圖4所示，這是一個(gè)基于Ethernet POWERLINK總線的星形網(wǎng)絡(luò)。

    在該網(wǎng)絡(luò)中，貝加萊的X20系列PCC的CPU (CP1486) 模塊是中央處理單元，除PCC與操作監(jiān)控站的通信采用以太網(wǎng)(TCP/IP)以外，PCC的CPU與各伺服驅(qū)動(dòng)器（ACOPOS multi）之間通過(guò)Ethernet POWERLINK總線和HUB實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，各伺服驅(qū)動(dòng)器之間的數(shù)據(jù)通信也基于thernet POWERLINK。

    在該Ethernet POWERLINK通信網(wǎng)絡(luò)中，CPU (CP1486)POWERLINK接口的站點(diǎn)號(hào)為00（MN），各伺服控制器的站號(hào)依次為01到10（CN）。
                   
                                 圖4  Ethernet POWERLINK的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
    3.3.3 Ethernet POWERLINK在運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用

    凹版印刷對(duì)數(shù)據(jù)響應(yīng)速度的要求很高， 而Ethernet POWERLINK的高實(shí)時(shí)性和安全性正好滿足了這個(gè)要求。

    在運(yùn)動(dòng)控制中，POWERLINK作為通信總線是透明的，不需要編寫任何的驅(qū)動(dòng)程序或通信程序，這些都是集成在系統(tǒng)中的，只要在項(xiàng)目中添加相應(yīng)的通信接口，并做相應(yīng)的Ethernet POWERLINK通信屬性的設(shè)置（如循環(huán)周期的設(shè)置），Ethernet POWERLINK的通信功能即可在系統(tǒng)中使用。開(kāi)發(fā)者主要的工作則集中于運(yùn)動(dòng)控制軟件方案的規(guī)劃及控制方法的實(shí)現(xiàn)上。

    各色組單元需要解決同步運(yùn)行問(wèn)題，Ethernet POWERLINK總線為各軸電子齒輪的同步提供了實(shí)時(shí)、可靠而安全的數(shù)據(jù)通道。
              
    3.4 單個(gè)印刷單元的伺服控制
                        
    圖5表示出了單個(gè)印刷單元控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化原理圖（未表示出Ethernet POWERLINK總線的通信網(wǎng)絡(luò)連接）。每個(gè)印刷單元的伺服控制系統(tǒng)配置一臺(tái)B&R的ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)器（內(nèi)插AC114總線通信卡、AC120ENDAT編碼器卡、AC132色標(biāo)分析卡和AC130 I/O控制卡）、一臺(tái)內(nèi)置ENDAT編碼器、機(jī)械式制動(dòng)器和溫度傳感器的交流同步伺服電機(jī)以及電源開(kāi)關(guān)、能耗制動(dòng)電阻、操作和信號(hào)電器等。

    ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)器除引入三相AC380V電源作為控制電源外，還接入DC24V共用直流電源作為逆變電源。ENDAT編碼器的速度（位置）信號(hào)輸入至伺服驅(qū)動(dòng)器的AC120ENDAT編碼器卡；色標(biāo)信號(hào)經(jīng)色標(biāo)識(shí)別傳感器及其處理系統(tǒng)的初步處理，輸入到伺服驅(qū)動(dòng)器的AC132色標(biāo)分析卡再進(jìn)行運(yùn)算處理；單個(gè)印刷單元控制系統(tǒng)設(shè)有單動(dòng)—聯(lián)動(dòng)選擇、粗調(diào)－細(xì)調(diào)選擇、單獨(dú)運(yùn)行操作和對(duì)版操作以及相關(guān)運(yùn)行指示燈，有關(guān)輸入/輸出控制信號(hào)均接至插入伺服驅(qū)動(dòng)器的AC130 I/O控制卡。

    該ACOPOSmu l t i伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)Ethernet POWERLINK總線網(wǎng)絡(luò)接受X20 PCC的 CPU的運(yùn)動(dòng)控制指令并向其傳送由編碼器反饋的運(yùn)動(dòng)位置數(shù)據(jù)和其它有關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)則通過(guò)ENDAT編碼器的反饋信號(hào)構(gòu)成內(nèi)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，精確地執(zhí)行控制指令所規(guī)定的運(yùn)動(dòng)軌跡。

    3.5 無(wú)軸凹印機(jī)控制系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)

    3.5.1 Automation Studio?集成一體化軟件平臺(tái)

    該系統(tǒng)使用B&R的Automation Studio集成一體化軟件平臺(tái)，這種能實(shí)現(xiàn)從控制、顯示到通信任務(wù)的集成開(kāi)發(fā)軟件能夠滿足各類自動(dòng)化任務(wù)的需求。該軟件平臺(tái)支持B&R的全系列控制產(chǎn)品，包括HMI、PCC、X20 I/O和伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)。
Automation Studio的系統(tǒng)配置工具支持應(yīng)用于Ethernet POWERLINK和X2X Link系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O模塊，簡(jiǎn)單統(tǒng)一的I/O分配使得I/O系統(tǒng)的快速更換成為現(xiàn)實(shí)；控制數(shù)據(jù)、配置參數(shù)和類似的參考數(shù)據(jù)均可在應(yīng)用軟件中讀取，并存貯于讀卡器、軟盤或DiskOnKey等USB大容量存貯設(shè)備上；可以在裝入PCC CPU的Automation Runtime操作系統(tǒng)中對(duì)全新的Compact Flash卡進(jìn)行分區(qū)并格式化。

    Automation Studio的編程支持幾乎所有的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，包括Automation Basic、ANSI-C等高級(jí)語(yǔ)言，以及符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的梯形圖（LAD）、指令表（IL）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）、順序功能圖（SFC）和數(shù)據(jù)模塊編輯器以及數(shù)據(jù)類型編輯器。
無(wú)論是簡(jiǎn)單的邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，還是通訊協(xié)議的編程和復(fù)雜的控制算法，都可作為標(biāo)準(zhǔn)的功能塊集成在Automation Studio?中，此外還可創(chuàng)建和管理自定義的功能塊。

    使用Automation Studio軟件可實(shí)現(xiàn)在線語(yǔ)言切換、報(bào)警管理、配方管理、觸摸屏和功能鍵操作、自由編程與高級(jí)語(yǔ)言支持、快速頁(yè)面切換、直接讀取I/O和變量和整個(gè)系統(tǒng)的可視維護(hù)等功能。所允許的畫面及程序量多少僅與內(nèi)存容量有關(guān)。

    3.5.2 應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)策略

    在系統(tǒng)硬件配置完成后，根據(jù)工藝要求在Automation Studio?軟件平臺(tái)下主要使用ANSI-C語(yǔ)言進(jìn)行主干應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。該控制系統(tǒng)在編程中共分為三個(gè)循環(huán)任務(wù)層來(lái)編寫：在第一個(gè)循環(huán)層內(nèi)，共完成以下六個(gè)任務(wù)：與伺服控制系統(tǒng)的通信、過(guò)程控制、印刷單元控制、套色系統(tǒng)控制、張力控制和張力I/O的處理；在第二個(gè)循環(huán)層內(nèi)，主要完成站點(diǎn)控制；在第三個(gè)循環(huán)層內(nèi)，主要完成人機(jī)界面的組態(tài)和編制。

    對(duì)于以上三個(gè)循環(huán)層內(nèi)的任務(wù)，PCC是按其分時(shí)多任務(wù)管理的模式來(lái)進(jìn)行處理的。

    4 結(jié)束語(yǔ)

    無(wú)軸凹版印刷是集版輥傳動(dòng)和套色控制于一體的印刷方式。版輥的獨(dú)立，雖然使得控制更加復(fù)雜，但凹印機(jī)的印刷靈活性、可操作性以及自動(dòng)化水平都得到了提高，從而能更好地適應(yīng)當(dāng)今印刷行業(yè)復(fù)雜生產(chǎn)工藝的要求。

    無(wú)軸凹版印刷機(jī)的投入市場(chǎng)，為煙包、裝飾紙印刷、瓦楞紙印刷、塑膜印刷等行業(yè)的廣大客戶提供了品質(zhì)優(yōu)良的新型技術(shù)裝備，使其在印刷合格率、印刷精度、機(jī)器性能、操作人性化和節(jié)約成本等方面都得到了顯著提高，并實(shí)現(xiàn)了安全和環(huán)保生產(chǎn)。

    其他作者：郎建華（1979-），男，河北唐山人，本科，初級(jí)工程師，從事供熱系統(tǒng)自動(dòng)化控制方面的研究，現(xiàn)就職于唐山理工智能儀器有限公司工程技術(shù)部。

   參考文獻(xiàn)：

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    [2] 力生. 基于POWERLINK無(wú)軸凹版印刷套色控制[J]. 伺服控制, 2008, (6).

    [3] 李佳艷, 陸賀卿. 貝加萊控制系統(tǒng)在新型數(shù)字化紡機(jī)中的應(yīng)用[J]. 自動(dòng)化信息, 2010, (3).

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第九期