系統(tǒng)構(gòu)成
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。
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總線星形網(wǎng)絡(luò)的無(wú)軸凹印機(jī)控制系統(tǒng)。
在該網(wǎng)絡(luò)中， 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Ethernet POWERLINK。
在該Ethernet POWERLINK通信網(wǎng)絡(luò)中，CPU (CP1486)接口的站點(diǎn)號(hào)為00（管理節(jié)點(diǎn)MN），各伺服控制器的站號(hào)依次為01到10（控制節(jié)點(diǎn)CN）。
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
主要控制裝置和子系統(tǒng)
操作監(jiān)控站（HMI）
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(xiě)、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、故障提示和配方管理等功能。
選用了一款15英寸嵌入式高檔人機(jī)界面（B&R Power Panel 300 BIOS觸摸屏），集成有Ethernet等通信接口，不僅具備人機(jī)界面通常所有的功能，同時(shí)還可以在其中裝入通用操作系統(tǒng)，如Windows XP、Windows CE等，因而可支持目前多種主流的圖形組態(tài)軟件，客戶(hù)可以根據(jù)自己的具體條件選擇合適的組態(tài)軟件。
X20系列PCC
其CPU是一款高性能的處理器，具備附加的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。X20系列的控制器也使用B&R的Automation Studio™集成軟件平臺(tái)。
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，采用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。
把對(duì)每一個(gè)電機(jī)回路的控制稱(chēng)為對(duì)一個(gè)“軸”的控制。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)測(cè)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。
系統(tǒng)的速度跟蹤當(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，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。
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。
Ethernet POWERLINK總線技術(shù)
Ethernet POWERLINK是貝加萊公司的一種完全建立在工業(yè)以太網(wǎng)硬件的基礎(chǔ)上，而不依賴(lài)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)性和確定性的安全工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。
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。Ethernet POWERLINK采用以太網(wǎng)IEEE802.3u傳輸協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)最大站點(diǎn)（CN）數(shù)為240個(gè)。POWERLINK網(wǎng)絡(luò)中有周期性的和非周期性的兩種數(shù)據(jù)通信形式。
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(xún)。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。
Ethernet POWERLINK能滿(mǎn)足凹版印刷對(duì)數(shù)據(jù)響應(yīng)速度很高的要求。
POWERLINK作為通信總線是透明的，不需要編寫(xiě)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），其通信功能即可在系統(tǒng)中使用。
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。
單個(gè)印刷單元的伺服控制
每個(gè)單元配置一臺(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位置數(shù)據(jù)和其它運(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。
Automation Studio™集成軟件平臺(tái)及應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)
該系統(tǒng)使用B&R的Automation Studio集成一體化軟件平臺(tái)，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模塊及其的I/O分配；控制數(shù)據(jù)、配置參數(shù)和類(lèi)似的參考數(shù)據(jù)均可在應(yīng)用軟件中讀取，并存貯于各類(lèi)存貯設(shè)備上。
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(lèi)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
