时光伺服系统在不干胶标签印刷机改造项目中的应用

1、改造项目概述 本次项目改造的不干胶印刷机采用的是凸版为主的印刷方式，使用卷筒纸，一次完成印刷、烫金、复合塑料薄膜、上塑，压切、收卷废料和裁切等工序。具体工作流程如图1所示。 图 1 此次项目主要为了实现整体设备流程中上塑、压切、收废卷等工序环节的改造。 （1）原系统存在的问题 原系统采用PLC配合步进电机完成上述相应动作，但是存在如下弊端： a、由于步进电机启动时要找寻步进角度，对机械冲击较大； b、整个设备所有动力均来自电气系统，因此需要电机输出转矩较大，而原有步进电机输出转矩不够，当负载较大时不能实现基本动作； c、由于设备开始工作时要求转速较高，步进电机在工作时由于丢步原因造 成同步效果不好等等。 由以上原因造成设备集成商希望对本套设备进行相关改造。 （2）项目改造的要求 此次项目改造要求实现：在上塑辊正常运行时，保证收废卷辊一侧的塑料薄膜运行线速度与上塑辊一侧的线速度完全一致，以保证塑料薄膜与铜版纸在压切过程中的缜密结合；当上塑辊停止运行后，驱动收废卷辊按照参数设定的某一固定速度继续旋转一段时间以保证将剩余废料完全回收。 2、改造方案 针对客户及项目改造的要求，我公司提出如下解决方案：基于选用IMS系列400V级1.5KW伺服控制器为驱动，采用2码盘同步的工作方式来实现受控电机与目标转辊的电子齿轮比运行功能；同时使用控制器内集成的PLC功能完成部分继电控制柜内相关电气信号的输出，即将时光IMS伺服控制器作为单轴数控系统来进行使用。 （1）系统构成方案 具体系统构成方案如图2所示。 图 2 （2）伺服系统硬件配置 （3）IMS伺服系统性能指标 a、受控电机实现0～1800RPM连续可调。 b、1:1同步运行时，稳态同步角小于±0.15°。 c、控制器具有电子齿轮功能，在1：1至1：10范围内可任意设定，增速比系数有效位越高越好。 d、具有良好的过载能力，低于基频工作时能实现3倍过载转矩输出。 e、为保护机械设备，电机加速度曲线与S曲线可调。 f、系统能够自动识别同步运行条件与单独运行条件。 g、内部集成的PLC功能强大，不仅具有数字I/O接口，A/D、D/A接口、还具有标准RS-232、工业422/485通讯接口。 h、软件上独有的QMCL语言可实现对电机的灵活控制。 3、改造设备的优化 （1）由于实际使用中速度辊半径小于测速辊半径，速度辊侧又安装有减速器，为了保持速度同步，通过 IMS控制器电子齿轮比完成比例增速功能。设备实际使用时电子齿轮比设为29：180（即增速比为6.2）。 （2）由于现场环境无法测量电子齿轮比为1：1时电机稳定运行时的同步角度，通过IMS伺服控制器相关参数监控的方式观察其同步角度差值。设备经过调试后其同步角度显示为±0.1°，满足了实际要求。 （3）随着收卷辊不断收卷，辊径不断变大，电机负载逐渐由小负载运行变为大负载运行（电机负载由开始的10％升至最后的120％），由于IMS伺服系统具有转矩与转速独立控制的功能，在整个工作过程中电机均能实现转速的稳定输出，没有出现任何由于负载增加而造成转速下降的情况。 （4）为了避免机械装置受到重大冲击，IMS伺服控制器提供了加速度参数与S曲线参数。根据实际使用情况编制QMCL程序软件，实现了对电机运行的合理化设置，减小了对机械结构的冲击。 （5）实际运转过程中，送塑辊由于机械震动造成其在没有运转的时候2PG依然能够检测到有脉冲信号输入，由此驱动电机在送塑辊没有运转时出现“抖动”情况。为了避免此情况的发生，使用QMCL语言对收到的2PG脉冲信号进行判断：当送塑辊正常运行时才将2PG脉冲做为有效输入对驱动电机进行同步运转控制；当送塑辊没有进入有效工作范围时，控制器不对其机械震动造成的2PG脉冲信号做出任何响应。 （6）实际运转过程中，IMS伺服系统可平稳的运行于0～1800RPM工作范围内，而且可避免电网电压发生变化导致转速发生波动的情况。 （7）IMS伺服系统独有的QMCL语言可通过软件实现所有的系统检测、I/O控制、状态转换等功能，设计出一套自适应系统，充分体现了设备的智能化与自动化。 4、结论 采用IMS伺服系统进行改造之后，不仅实现了上塑辊与收废卷辊线速度的一致、收废卷辊在上塑辊停止运行后将剩余废料完全回收，而且降低了设备所受冲击力，延长了设备的使用寿命。