印刷機無軸傳動的特性分析
發布時間：2024-06-01 點擊：107
任何機械運動都離不開動力，而印刷機動力需要具備以下條件:持續穩定性；滿足印刷操作要求，具備連續調速的特性。
在印刷機引進無軸傳動以前，報紙印刷機經歷了兩代電動調速控制。20世紀70年代以前，報紙印刷機廣泛采用的滑環式交流電動機提供動力，這種控制技術可稱為報紙印刷機的第一代電動調速拖動控制。20世紀70年代以后，隨著直流調速技術的進步，直流調速和滑差電機調速在印刷機中得到廣泛的采用，這種控制技術可稱為報紙印刷機的第二代電動調速拖動控制。1992年力士樂研制出第一套用于印刷機驅動的無軸傳動系統synax，隨后十年，無軸調速已經取代了其它報紙印刷機的調速控制。
第一部份 無軸傳動概述
無軸傳動技術已逐漸成為印刷機技術的新概念。突破機械界限，無軸傳動為印刷機設計和印刷機制造帶來升級和突破。印刷機無軸傳動技術，是以1992年力士樂研制的第一套用于印刷機驅動的無軸傳動系統synax為起點，發展起來的一種印刷機傳動控制技術，全球已經在多家制造驅動專業制公司擁有此項技術。
1 印刷機無軸傳動的標準
1)無軸傳動通訊
無軸傳動技術采用分散式智能技術，采用國際傳動通訊標準sercos(串行實時通訊系統serial real time communication system)進行設計，通過光導纖維以數字方式實時傳輸控制信息。每組電機采用一種可以控制40個位置的電機的分散式智能卡，分散式智能卡發出的控制信息，能靈活控制馬達的運行位置。分散式智能卡光纖通訊技術把32個卡連接在一起，組成一個多達1000個位置的電機控制群。
2)印刷機無軸傳動同步
印刷機無軸傳動由智能型數字變頻器、交流電機和32位數字編碼閉環反饋系統三部份組成。印刷機無軸傳動同步依靠32位數字編碼閉環反饋系統控制，在一秒內對交流電機的位置完成4000次的定位效正。智能型數字變頻器對交流電機進行200萬個單位的步進驅動，經過以太網接口的光纖數字傳輸的網絡連接，充分滿足印刷品質要求的印刷分辨率和套印精度。
2 印刷機無軸傳動給印刷控制帶來的優越性
1)印刷機驅動的分散化、模塊化。實現多紙路印刷配置的驅動小型化，比如，羅蘭單幅雙倍徑的八色塔h型印刷機，驅動電機由原來的單個電機容量≥90kw，調整為單個電機容量≤27kw，設備起動對電網的沖擊降低了3倍以上；
2)消除了機械傳動帶來的印刷套印誤差。有資料統計，配有8個印刷裝置的印刷機，存在每個機械同步的運動的各個部件的運動容差，第1印刷裝置和第8印刷裝置的誤差往往比第1印刷裝置和第2印刷裝置的誤差大7倍。直到機械齒輪和轉軸達到連續運動狀態，這種誤差才有可能消除；
3)減少印刷機開機準備時間。無軸傳動技術甚至可以實現印刷裝置每個色組獨立驅動，整個印刷機可以由多人做印刷準備工作。比如，羅蘭八色塔式印刷機采用4個電機驅動，高寶八色塔式印刷機采用8個電機驅動；
4)印刷機控制的互換性。無軸傳動技術采了國際傳動通訊標準來執行信息傳輸功能，任何無軸傳動的印刷機都沒有專利限制；
5)提供可靠的故障診斷。采用串行實時通訊系統，制造商可以把印刷機的運行標準參數制定在系統中，再采集印刷機運行參數與之比較，就可知道設備故障位置；
6)無軸傳動調節驅動輥的速度調節精度達0.01%，能精確控制印刷紙帶拉紙輥速度，有效控制多紙路印刷走紙穩定性、張力均勻性、裁切一致性等，印刷過程的不確定性；
7)應用無軸傳動的定位精度，提高了自動換版的可靠性，提高了印刷套印和裁切套準的反應速度，極大地減少了廢品率。
第二部份 變頻調速技術
印刷機實現無軸驅動與變頻調速技術發展和運用休戚相關。變頻調速技術應用了三相異步電機的主要特性，實現電機速度調節。
1 三相異步電機的轉速特性
三相異步電機的轉速:n=60f/p，也就是說，三相異步電機的轉速n決定于電流頻率f和磁場極對數p，而制造好電動機后，磁場極對數是不能改變的。所以，三相異步電機的轉速與電流頻率是正比的關系，變頻調速技術也就是利用此特殊的性質調節電動機輸出的速度大小。
2 印刷機無軸驅動ac變頻調速原理
20世紀80年代末，一種新型的場效應晶體管(igbt)問世，變頻調速的電機特性有了提高，印刷機開始引入變頻驅動調速技術。三相異步電機的變頻調速技術，由變頻器和三相異步電機組成，廣泛采用的變頻形式為“交-直-交”電壓型。由于“交-直-交”型容易實現恒電流控制，與印刷機恒力矩控制特性相近。印刷機變頻控制采用這種“交-直-交”型控制形式。這種控制形式功率小，工業控制也叫交流伺服控制或ac控制。
變頻器的工作分為兩個過程，第一步，先將電源的三相(或單相)固定頻率的交流電源經整流橋轉換成直流。第二步，把直流轉變成交流，這個過程叫直流“逆變”。變頻調速過程就是控制直流“逆變”輸出的頻率，控制電機的轉速。直流“逆變”過程是橋式整流的相反過程，整流電路也叫“逆變”橋電路。印刷機無軸傳動的“逆變”橋電路采用場效應晶體管電路進行直流逆變，如圖2。這是一種電壓控制器件，控制功率小，開關頻率≤20khz的高效率開關電路，具有以下特點:電流波型更接近交流電源，控制的電機保持了更多三相電機的特性；電磁噪音??；電路簡單；常見故障的自處理能力強，故障率小；變頻器自身損耗小。
3 印刷機ac變頻調速控制的基本方式
印刷機因結構決定了負載不均勻性，而印刷適性要求運行必須平穩的，印刷質量才能穩定，達到印刷復制的效果。印刷機由直流調速驅動轉為交流調速驅動是否有印刷復制效果的變化，或者，如何克服交流調速控制的不足，是我們最想了解的。使用和維修印刷機時，會注意到在無軸驅動的印刷機上，有些電機帶編碼器，有些電機并未帶編碼器，這兩類電機是如何同步的，應先了解交流變頻調速控制的基本方式。
1)矢量控制法
直流電機有兩個互相垂直的磁場驅動電機轉動，控制垂直磁場大小，實現速度控制的同時，也控制了電機的機械特性。而三相交流異步電動機只有瞬間存在垂直的磁場。交流變頻調速控制基本點是對三相“逆變”橋的控制實現控制瞬間垂直磁場，提高交流變頻調速驅動機械特性。這種控制瞬間垂直磁場的三相“逆變”橋的過程稱為等效矢量控制法，如圖3所示。等效分矢量控制法兩個過程：
第一步，處理給定信號。變頻器控制電路將給定信號假想地分解成旋轉著的兩個互相垂直的直流信號，分別稱為磁場分量im和轉矩分量it；模擬直流電機的兩個磁場。
第二步，等效轉換。根據電動機參數，將互相垂直的旋轉著的直流磁場信號進行一系列的等效變換，把它們變換成控制三相逆變橋的控制信號ia、ib、ic。
2)無反饋矢量控制
無軸驅動印刷機常見的一類電機不帶編碼器，但是，并不是沒有速度控制的開環控制。這類電機的同步，通過檢測電機的端電壓和電流，計算轉子磁通和轉子角速度，推算圖3中磁場分量im和轉矩分量it結合特定電動機參數進行等效變換的無反饋矢量控制。這類控制動態響應能力略差，印刷色序套印驅動電機采用這種控制，印刷機的套印會因速度變化而有細微差別。
3)反饋矢量控制
無軸驅動印刷機根據印刷適性要求，需要精確控制其速度，比如，印刷機生產速度的確定，印刷色序套印速度控制，等等。這類電機直接在電機上安裝編碼器，獲取電機轉子轉速，進行等效變換，實現矢量控制，嚴格控制電機的轉速與給定轉速同步。這類控制具有較強的動態響應能力，印刷色序套印驅動電機采用這種控制，印刷機的套印不會因速度變化而變化。
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在印刷機引進無軸傳動以前，報紙印刷機經歷了兩代電動調速控制。20世紀70年代以前，報紙印刷機廣泛采用的滑環式交流電動機提供動力，這種控制技術可稱為報紙印刷機的第一代電動調速拖動控制。20世紀70年代以后，隨著直流調速技術的進步，直流調速和滑差電機調速在印刷機中得到廣泛的采用，這種控制技術可稱為報紙印刷機的第二代電動調速拖動控制。1992年力士樂研制出第一套用于印刷機驅動的無軸傳動系統synax，隨后十年，無軸調速已經取代了其它報紙印刷機的調速控制。
第一部份 無軸傳動概述
無軸傳動技術已逐漸成為印刷機技術的新概念。突破機械界限，無軸傳動為印刷機設計和印刷機制造帶來升級和突破。印刷機無軸傳動技術，是以1992年力士樂研制的第一套用于印刷機驅動的無軸傳動系統synax為起點，發展起來的一種印刷機傳動控制技術，全球已經在多家制造驅動專業制公司擁有此項技術。
1 印刷機無軸傳動的標準
1)無軸傳動通訊
無軸傳動技術采用分散式智能技術，采用國際傳動通訊標準sercos(串行實時通訊系統serial real time communication system)進行設計，通過光導纖維以數字方式實時傳輸控制信息。每組電機采用一種可以控制40個位置的電機的分散式智能卡，分散式智能卡發出的控制信息，能靈活控制馬達的運行位置。分散式智能卡光纖通訊技術把32個卡連接在一起，組成一個多達1000個位置的電機控制群。
2)印刷機無軸傳動同步
印刷機無軸傳動由智能型數字變頻器、交流電機和32位數字編碼閉環反饋系統三部份組成。印刷機無軸傳動同步依靠32位數字編碼閉環反饋系統控制，在一秒內對交流電機的位置完成4000次的定位效正。智能型數字變頻器對交流電機進行200萬個單位的步進驅動，經過以太網接口的光纖數字傳輸的網絡連接，充分滿足印刷品質要求的印刷分辨率和套印精度。
2 印刷機無軸傳動給印刷控制帶來的優越性
1)印刷機驅動的分散化、模塊化。實現多紙路印刷配置的驅動小型化，比如，羅蘭單幅雙倍徑的八色塔h型印刷機，驅動電機由原來的單個電機容量≥90kw，調整為單個電機容量≤27kw，設備起動對電網的沖擊降低了3倍以上；
2)消除了機械傳動帶來的印刷套印誤差。有資料統計，配有8個印刷裝置的印刷機，存在每個機械同步的運動的各個部件的運動容差，第1印刷裝置和第8印刷裝置的誤差往往比第1印刷裝置和第2印刷裝置的誤差大7倍。直到機械齒輪和轉軸達到連續運動狀態，這種誤差才有可能消除；
3)減少印刷機開機準備時間。無軸傳動技術甚至可以實現印刷裝置每個色組獨立驅動，整個印刷機可以由多人做印刷準備工作。比如，羅蘭八色塔式印刷機采用4個電機驅動，高寶八色塔式印刷機采用8個電機驅動；
4)印刷機控制的互換性。無軸傳動技術采了國際傳動通訊標準來執行信息傳輸功能，任何無軸傳動的印刷機都沒有專利限制；
5)提供可靠的故障診斷。采用串行實時通訊系統，制造商可以把印刷機的運行標準參數制定在系統中，再采集印刷機運行參數與之比較，就可知道設備故障位置；
6)無軸傳動調節驅動輥的速度調節精度達0.01%，能精確控制印刷紙帶拉紙輥速度，有效控制多紙路印刷走紙穩定性、張力均勻性、裁切一致性等，印刷過程的不確定性；
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第二部份 變頻調速技術
印刷機實現無軸驅動與變頻調速技術發展和運用休戚相關。變頻調速技術應用了三相異步電機的主要特性，實現電機速度調節。
1 三相異步電機的轉速特性
三相異步電機的轉速:n=60f/p，也就是說，三相異步電機的轉速n決定于電流頻率f和磁場極對數p，而制造好電動機后，磁場極對數是不能改變的。所以，三相異步電機的轉速與電流頻率是正比的關系，變頻調速技術也就是利用此特殊的性質調節電動機輸出的速度大小。
2 印刷機無軸驅動ac變頻調速原理
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變頻器的工作分為兩個過程，第一步，先將電源的三相(或單相)固定頻率的交流電源經整流橋轉換成直流。第二步，把直流轉變成交流，這個過程叫直流“逆變”。變頻調速過程就是控制直流“逆變”輸出的頻率，控制電機的轉速。直流“逆變”過程是橋式整流的相反過程，整流電路也叫“逆變”橋電路。印刷機無軸傳動的“逆變”橋電路采用場效應晶體管電路進行直流逆變，如圖2。這是一種電壓控制器件，控制功率小，開關頻率≤20khz的高效率開關電路，具有以下特點:電流波型更接近交流電源，控制的電機保持了更多三相電機的特性；電磁噪音??；電路簡單；常見故障的自處理能力強，故障率小；變頻器自身損耗小。
3 印刷機ac變頻調速控制的基本方式
印刷機因結構決定了負載不均勻性，而印刷適性要求運行必須平穩的，印刷質量才能穩定，達到印刷復制的效果。印刷機由直流調速驅動轉為交流調速驅動是否有印刷復制效果的變化，或者，如何克服交流調速控制的不足，是我們最想了解的。使用和維修印刷機時，會注意到在無軸驅動的印刷機上，有些電機帶編碼器，有些電機并未帶編碼器，這兩類電機是如何同步的，應先了解交流變頻調速控制的基本方式。
1)矢量控制法
直流電機有兩個互相垂直的磁場驅動電機轉動，控制垂直磁場大小，實現速度控制的同時，也控制了電機的機械特性。而三相交流異步電動機只有瞬間存在垂直的磁場。交流變頻調速控制基本點是對三相“逆變”橋的控制實現控制瞬間垂直磁場，提高交流變頻調速驅動機械特性。這種控制瞬間垂直磁場的三相“逆變”橋的過程稱為等效矢量控制法，如圖3所示。等效分矢量控制法兩個過程：
第一步，處理給定信號。變頻器控制電路將給定信號假想地分解成旋轉著的兩個互相垂直的直流信號，分別稱為磁場分量im和轉矩分量it；模擬直流電機的兩個磁場。
第二步，等效轉換。根據電動機參數，將互相垂直的旋轉著的直流磁場信號進行一系列的等效變換，把它們變換成控制三相逆變橋的控制信號ia、ib、ic。
2)無反饋矢量控制
無軸驅動印刷機常見的一類電機不帶編碼器，但是，并不是沒有速度控制的開環控制。這類電機的同步，通過檢測電機的端電壓和電流，計算轉子磁通和轉子角速度，推算圖3中磁場分量im和轉矩分量it結合特定電動機參數進行等效變換的無反饋矢量控制。這類控制動態響應能力略差，印刷色序套印驅動電機采用這種控制，印刷機的套印會因速度變化而有細微差別。
3)反饋矢量控制
無軸驅動印刷機根據印刷適性要求，需要精確控制其速度，比如，印刷機生產速度的確定，印刷色序套印速度控制，等等。這類電機直接在電機上安裝編碼器，獲取電機轉子轉速，進行等效變換，實現矢量控制，嚴格控制電機的轉速與給定轉速同步。這類控制具有較強的動態響應能力，印刷色序套印驅動電機采用這種控制，印刷機的套印不會因速度變化而變化。
你絕對想不到：智能手機能干下面10件事
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行業變革在即 印企坐以待斃還是激流勇進？
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