1 引言

凹版印刷機是一種使用刻有凹面圖形版樣進行套色印刷的印刷機械。印版的圖文部分凹下,而空白部分與印版滾筒的外圓在同一平面上。

凹版印刷機印刷時，印版滾筒全版面著墨，以刮墨刀將版面上空白部分的油墨刮清，留下圖文部分的油墨，然后送入印刷載體（紙、塑料薄膜等），由壓印滾筒在印刷載體的背面壓印,使凹下部分的油墨直接轉(zhuǎn)移到印刷載體上, 再經(jīng)過高溫箱，使油墨固化在印刷載體上，經(jīng)收卷環(huán)節(jié)把印刷載體堆積或復卷成成品。。

凹版印刷機械一般具備多種顏色、多種圖案的印刷功能。有幾種顏色套色印刷，就需要有幾種顏色的油墨和版輥，各版輥之間通過機械傳統(tǒng)來實現(xiàn)套色同步。

現(xiàn)代印刷對印刷效率和印刷質(zhì)量的要求越來越高，因此要求印刷機械具有精密的機械設計和精確的電氣控制。

2 凹版印刷機傳動系統(tǒng)

凹版印刷機主要傳動系統(tǒng)可分為放卷部分、主電機驅(qū)動部分、收卷部分，而為避免收放卷基材偏心對張力的影響，一般在放卷后級與收卷前級各增加一套牽引機構，即放卷牽引、收卷牽引。

根據(jù)整套系統(tǒng)所使用的電機數(shù)目，目前行業(yè)中常用的凹版印刷機可分為：三電機系統(tǒng)、五電機系統(tǒng)、七電機系統(tǒng)。

三電機系統(tǒng)

三電機分別為放卷牽引電機、主驅(qū)動電機、收卷牽引電機，放卷采用磁粉離合器控制張力，收卷采用力矩電機或磁粉離合器，如圖1所示。

五電機系統(tǒng)

五電機分別為放卷電機、放卷牽引電機、主驅(qū)動電機、收卷牽引電機、收卷電機，如圖2所示

七電機系統(tǒng)

在五電機系統(tǒng)基礎上，增加收放卷部分的自動換卷功能，即收卷分為收卷A軸與收卷B軸，放卷分為放卷A軸與放卷B軸，如圖3所示。

3 凹版印刷機張力系統(tǒng)

由于五電機系統(tǒng)與七電機系統(tǒng)區(qū)別僅在于自動換卷功能，而此功能在電控系統(tǒng)保證恒張力控制情況下，可以完全由機械設計和印刷機電腦程序邏輯控制保證實現(xiàn)。通常在調(diào)試七電機系統(tǒng)中，只需要將五電機系統(tǒng)調(diào)試成功，再將收卷A軸B軸、放卷A軸B軸的變頻參數(shù)設置一樣，就可以實現(xiàn)七電機系統(tǒng)的運行。因此本文為方便理解，以五電機系統(tǒng)為例進行說明。凹版印刷機一般根據(jù)其張力控制系統(tǒng)分布，也可稱為四段張力系統(tǒng)，四段張力分別為：放卷與放卷牽引之間的張力，放卷牽引與主電機之間的張力，主電機與收卷牽引之間的張力，收卷牽引與收卷之間的張力。在印刷加工過程中，要持續(xù)保持這四段張力的恒定。

為保持四段張力恒定，通常，主機按照生產(chǎn)速度要求設定運行頻率，放卷電機、放卷牽引電機、收卷牽引電機、收卷電機則需要根據(jù)主機運行頻率與各自部分的材料實際張力實時調(diào)整各自電機的運行頻率，以達到張力恒定的目的。

4 凹版印刷機對變頻器的技術要求

1）轉(zhuǎn)速精度高

對于凹版印刷機，很多材料能夠承受的表面張力很小，微小的張力的波動都有可能造成斷料。這種材料生產(chǎn)時需要的拉升力很小，即需要保持很小的恒定張力，因此對于變頻器，無論何種頻率控制方式（PLC控制頻率或者使用自帶張力控制功能計算頻率），都必須有很高的轉(zhuǎn)速控制精度來滿足恒定張力控制。

2）頻率指令響應快

同樣為了滿足恒定張力控制要求，在PLC控制頻率時，對于PLC給出的頻率指令，無論是通訊給定還是模擬量給定，變頻器都必須快速響應，這要求變頻器的信號接收和處理能力要強，精度要高，變頻器程序運行速度要快。

3）輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定

在一些沒有張力傳感器的場合，張力的控制完全依賴于變頻器對于輸出轉(zhuǎn)矩的控制，此時，輸出轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定就直接決定了材料張力是否穩(wěn)定。

4）調(diào)速范圍廣

對于凹版印刷機，既需要低速運行調(diào)試設備；又要求高速運行提高生產(chǎn)效率。目前業(yè)界使用的凹版印刷機已經(jīng)從早期的100m/min以下，提高至300m/min以上，從而對變頻器的調(diào)速范圍提出了更高要求，不僅要求低頻力矩特性要好，還要求轉(zhuǎn)速控制精度高。

5）對于機械設備的摩擦以及加減速過程的波動有精確補償

在實際生產(chǎn)中，由于存在機械設備的摩擦力和慣性，以及加減速過程的速度波動，往往對于材料張力造成影響。而作為一款具有張力控制專用功能的高性能變頻器，必須要將以上影響考慮在內(nèi)，并進行精確補償，已達到無論在提速、降速、啟動還是停機過程中，均滿足恒定張力控制。

5 海浦蒙特提供的凹版印刷方案

針對目前凹版印刷機的行業(yè)應用特點，深圳市海浦蒙特科技有限公司研究開發(fā)的HD50高性能矢量控制變頻器可以提供多種解決方案，滿足不同用戶、不同印刷設備的共性需求和特色需求。以下是運用HD50高性能矢量控制變頻器實現(xiàn)張力控制的幾種方案。

1）PLC+變頻器方案+張力傳感器

此方案中，PLC進行張力計算，收放卷變頻器、牽引變頻器、主機變頻器均采用速度控制。PLC通過張力計算得出變頻器的運行頻率，通過模擬量或者通訊將運行頻率傳遞給變頻器。

方案優(yōu)點：客戶可以根據(jù)自己的產(chǎn)品特點與變化進行PLC程序的開發(fā)、更改。

2）變頻器+張力傳感器

此方案中，材料張力由張力傳感器檢測，并反饋給變頻器，張力控制與卷徑計算完全由變頻器處理。

方案優(yōu)點：由于目前行業(yè)內(nèi)大部分凹版印刷機裝有張力傳感器，此方案可以在現(xiàn)有機械結構不需進行較大改動的前提下，節(jié)省PLC部分的成本。

3）變頻器轉(zhuǎn)矩控制

此方案中，可以取消張力傳感器，由變頻器進行電機轉(zhuǎn)矩檢測，從而控制張力。

方案優(yōu)點：可以節(jié)省張力傳感器、PLC部分的成本，并減少整套設備故障點，便于維護。

作為一款高性能矢量控制變頻器，海浦蒙特HD50變頻器的各種方案均已在不同的客戶現(xiàn)場成功應用。另外，在實際使用過程中，不僅在完全滿足客戶要求，并且在產(chǎn)品對比中，無論是速度響應、力矩響應還是轉(zhuǎn)速精度等，均可達到甚至超越國外知名品牌，客戶均表示使用效果超過預期。

6 調(diào)試注意事項

1）由于凹版印刷機對于控制精度要求很高，因此在變頻器使用前，一定要正確輸入電機銘牌參數(shù)，并進行電機參數(shù)自整定。

2）對于使用編碼器的場合，一定要正確輸入編碼器的相關參數(shù)，包括每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)、編碼器類型、編碼器方向等。

3）對于使用HD50內(nèi)置張力控制場合，一定按照實際生產(chǎn)工況，輸入張力控制方式（有無張力傳感器）、目標張力、卷徑（包括初始卷徑、目標卷徑等）。

7 采用HD50矢量控制變頻器的應用案例

某印刷設備廠采用HD50高性能矢量控制變頻器實現(xiàn)7電機4段張力控制，該設備的最高加工速度為180m/min，設計為可以加工X種印刷材料的加工，具備不同抗拉升系數(shù)的塑料薄膜材料的加工。

1）張力方案

PLC進行張力計算，收放卷變頻器、牽引變頻器、主機變頻器均采用速度控制。PLC通過張力計算得出變頻器的運行頻率，通過通訊將運行頻率傳遞給變頻器。

2）系統(tǒng)框圖

3）參數(shù)設置

4）現(xiàn)場照片

8 結束語

HD50作為一款內(nèi)置張力控制模塊的高性能矢量控制變頻器，轉(zhuǎn)速精度高，轉(zhuǎn)速響應快，力矩控制穩(wěn)，可靠性高，干擾性小，抗干擾性強；并且針對印刷行業(yè)的工藝特點，增加了豐富的張力控制功能。通過在印刷行業(yè)的實際應用驗證，深圳市海浦蒙特科技有限公司研究開發(fā)的HD50系列高性能矢量控制變頻器很好地滿足了印刷設備驅(qū)動控制的高要求，得到客戶的一致好評與認可。

參考文獻：

1．深圳市海浦蒙特科技有限公司 HD50系列高性能矢量控制變頻器用戶手冊（V1.0）

文章轉(zhuǎn)自《控制與傳動》 2012年第十期