印刷機無軸傳動的特性分析
發(fā)布時間：2024-06-01 點擊：80
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(xù)穩(wěn)定性；滿足印刷操作要求，具備連續(xù)調(diào)速的特性。
在印刷機引進無軸傳動以前，報紙印刷機經(jīng)歷了兩代電動調(diào)速控制。20世紀70年代以前，報紙印刷機廣泛采用的滑環(huán)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(diào)速拖動控制。20世紀70年代以后，隨著直流調(diào)速技術的進步，直流調(diào)速和滑差電機調(diào)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(diào)速拖動控制。1992年力士樂研制出第一套用于印刷機驅(qū)動的無軸傳動系統(tǒng)synax，隨后十年，無軸調(diào)速已經(jīng)取代了其它報紙印刷機的調(diào)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(qū)動的無軸傳動系統(tǒng)synax為起點，發(fā)展起來的一種印刷機傳動控制技術，全球已經(jīng)在多家制造驅(qū)動專業(yè)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(tǒng)serial real time communication system)進行設計，通過光導纖維以數(shù)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(fā)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(shù)字變頻器、交流電機和32位數(shù)字編碼閉環(huán)反饋系統(tǒng)三部份組成。印刷機無軸傳動同步依靠32位數(shù)字編碼閉環(huán)反饋系統(tǒng)控制，在一秒內(nèi)對交流電機的位置完成4000次的定位效正。智能型數(shù)字變頻器對交流電機進行200萬個單位的步進驅(qū)動，經(jīng)過以太網(wǎng)接口的光纖數(shù)字傳輸?shù)木W(wǎng)絡連接，充分滿足印刷品質(zhì)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(yōu)越性
1)印刷機驅(qū)動的分散化、模塊化。實現(xiàn)多紙路印刷配置的驅(qū)動小型化，比如，羅蘭單幅雙倍徑的八色塔h型印刷機，驅(qū)動電機由原來的單個電機容量≥90kw，調(diào)整為單個電機容量≤27kw，設備起動對電網(wǎng)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(tǒng)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(zhuǎn)軸達到連續(xù)運動狀態(tài)，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(xiàn)印刷裝置每個色組獨立驅(qū)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(qū)動，高寶八色塔式印刷機采用8個電機驅(qū)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(zhí)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(tǒng)，制造商可以把印刷機的運行標準參數(shù)制定在系統(tǒng)中，再采集印刷機運行參數(shù)與之比較，就可知道設備故障位置；
6)無軸傳動調(diào)節(jié)驅(qū)動輥的速度調(diào)節(jié)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(wěn)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(diào)速技術
印刷機實現(xiàn)無軸驅(qū)動與變頻調(diào)速技術發(fā)展和運用休戚相關。變頻調(diào)速技術應用了三相異步電機的主要特性，實現(xiàn)電機速度調(diào)節(jié)。
1 三相異步電機的轉(zhuǎn)速特性
三相異步電機的轉(zhuǎn)速:n=60f/p，也就是說，三相異步電機的轉(zhuǎn)速n決定于電流頻率f和磁場極對數(shù)p，而制造好電動機后，磁場極對數(shù)是不能改變的。所以，三相異步電機的轉(zhuǎn)速與電流頻率是正比的關系，變頻調(diào)速技術也就是利用此特殊的性質(zhì)調(diào)節(jié)電動機輸出的速度大小。
2 印刷機無軸驅(qū)動ac變頻調(diào)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(diào)速的電機特性有了提高，印刷機開始引入變頻驅(qū)動調(diào)速技術。三相異步電機的變頻調(diào)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(xiàn)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(yè)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(jīng)整流橋轉(zhuǎn)換成直流。第二步，把直流轉(zhuǎn)變成交流，這個過程叫直流“逆變”。變頻調(diào)速過程就是控制直流“逆變”輸出的頻率，控制電機的轉(zhuǎn)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；電磁噪音小；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(diào)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(wěn)的，印刷質(zhì)量才能穩(wěn)定，達到印刷復制的效果。印刷機由直流調(diào)速驅(qū)動轉(zhuǎn)為交流調(diào)速驅(qū)動是否有印刷復制效果的變化，或者，如何克服交流調(diào)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(qū)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(diào)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(qū)動電機轉(zhuǎn)動，控制垂直磁場大小，實現(xiàn)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(diào)速控制基本點是對三相“逆變”橋的控制實現(xiàn)控制瞬間垂直磁場，提高交流變頻調(diào)速驅(qū)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(zhuǎn)著的兩個互相垂直的直流信號，分別稱為磁場分量im和轉(zhuǎn)矩分量it；模擬直流電機的兩個磁場。
第二步，等效轉(zhuǎn)換。根據(jù)電動機參數(shù)，將互相垂直的旋轉(zhuǎn)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(qū)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(huán)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(zhuǎn)子磁通和轉(zhuǎn)子角速度，推算圖3中磁場分量im和轉(zhuǎn)矩分量it結合特定電動機參數(shù)進行等效變換的無反饋矢量控制。這類控制動態(tài)響應能力略差，印刷色序套印驅(qū)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(qū)動印刷機根據(jù)印刷適性要求，需要精確控制其速度，比如，印刷機生產(chǎn)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，進行等效變換，實現(xiàn)矢量控制，嚴格控制電機的轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速同步。這類控制具有較強的動態(tài)響應能力，印刷色序套印驅(qū)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
傳統(tǒng)印刷業(yè) 按需是對接互聯(lián)網(wǎng)的最好選擇
潤版液的綜合管理標準
報刊印刷品質(zhì)的評析和檢驗
行業(yè)變革在即 印企坐以待斃還是激流勇進？
津?qū)氂邪睍駡D機簡介
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在印刷機引進無軸傳動以前，報紙印刷機經(jīng)歷了兩代電動調(diào)速控制。20世紀70年代以前，報紙印刷機廣泛采用的滑環(huán)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(diào)速拖動控制。20世紀70年代以后，隨著直流調(diào)速技術的進步，直流調(diào)速和滑差電機調(diào)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(diào)速拖動控制。1992年力士樂研制出第一套用于印刷機驅(qū)動的無軸傳動系統(tǒng)synax，隨后十年，無軸調(diào)速已經(jīng)取代了其它報紙印刷機的調(diào)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(qū)動的無軸傳動系統(tǒng)synax為起點，發(fā)展起來的一種印刷機傳動控制技術，全球已經(jīng)在多家制造驅(qū)動專業(yè)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(tǒng)serial real time communication system)進行設計，通過光導纖維以數(shù)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(fā)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(shù)字變頻器、交流電機和32位數(shù)字編碼閉環(huán)反饋系統(tǒng)三部份組成。印刷機無軸傳動同步依靠32位數(shù)字編碼閉環(huán)反饋系統(tǒng)控制，在一秒內(nèi)對交流電機的位置完成4000次的定位效正。智能型數(shù)字變頻器對交流電機進行200萬個單位的步進驅(qū)動，經(jīng)過以太網(wǎng)接口的光纖數(shù)字傳輸?shù)木W(wǎng)絡連接，充分滿足印刷品質(zhì)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(yōu)越性
1)印刷機驅(qū)動的分散化、模塊化。實現(xiàn)多紙路印刷配置的驅(qū)動小型化，比如，羅蘭單幅雙倍徑的八色塔h型印刷機，驅(qū)動電機由原來的單個電機容量≥90kw，調(diào)整為單個電機容量≤27kw，設備起動對電網(wǎng)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(tǒng)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(zhuǎn)軸達到連續(xù)運動狀態(tài)，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(xiàn)印刷裝置每個色組獨立驅(qū)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(qū)動，高寶八色塔式印刷機采用8個電機驅(qū)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(zhí)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(tǒng)，制造商可以把印刷機的運行標準參數(shù)制定在系統(tǒng)中，再采集印刷機運行參數(shù)與之比較，就可知道設備故障位置；
6)無軸傳動調(diào)節(jié)驅(qū)動輥的速度調(diào)節(jié)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(wěn)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(diào)速技術
印刷機實現(xiàn)無軸驅(qū)動與變頻調(diào)速技術發(fā)展和運用休戚相關。變頻調(diào)速技術應用了三相異步電機的主要特性，實現(xiàn)電機速度調(diào)節(jié)。
1 三相異步電機的轉(zhuǎn)速特性
三相異步電機的轉(zhuǎn)速:n=60f/p，也就是說，三相異步電機的轉(zhuǎn)速n決定于電流頻率f和磁場極對數(shù)p，而制造好電動機后，磁場極對數(shù)是不能改變的。所以，三相異步電機的轉(zhuǎn)速與電流頻率是正比的關系，變頻調(diào)速技術也就是利用此特殊的性質(zhì)調(diào)節(jié)電動機輸出的速度大小。
2 印刷機無軸驅(qū)動ac變頻調(diào)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(diào)速的電機特性有了提高，印刷機開始引入變頻驅(qū)動調(diào)速技術。三相異步電機的變頻調(diào)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(xiàn)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(yè)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(jīng)整流橋轉(zhuǎn)換成直流。第二步，把直流轉(zhuǎn)變成交流，這個過程叫直流“逆變”。變頻調(diào)速過程就是控制直流“逆變”輸出的頻率，控制電機的轉(zhuǎn)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；電磁噪音小；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(diào)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(wěn)的，印刷質(zhì)量才能穩(wěn)定，達到印刷復制的效果。印刷機由直流調(diào)速驅(qū)動轉(zhuǎn)為交流調(diào)速驅(qū)動是否有印刷復制效果的變化，或者，如何克服交流調(diào)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(qū)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(diào)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(qū)動電機轉(zhuǎn)動，控制垂直磁場大小，實現(xiàn)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(diào)速控制基本點是對三相“逆變”橋的控制實現(xiàn)控制瞬間垂直磁場，提高交流變頻調(diào)速驅(qū)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(zhuǎn)著的兩個互相垂直的直流信號，分別稱為磁場分量im和轉(zhuǎn)矩分量it；模擬直流電機的兩個磁場。
第二步，等效轉(zhuǎn)換。根據(jù)電動機參數(shù)，將互相垂直的旋轉(zhuǎn)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(qū)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(huán)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(zhuǎn)子磁通和轉(zhuǎn)子角速度，推算圖3中磁場分量im和轉(zhuǎn)矩分量it結合特定電動機參數(shù)進行等效變換的無反饋矢量控制。這類控制動態(tài)響應能力略差，印刷色序套印驅(qū)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(qū)動印刷機根據(jù)印刷適性要求，需要精確控制其速度，比如，印刷機生產(chǎn)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，進行等效變換，實現(xiàn)矢量控制，嚴格控制電機的轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速同步。這類控制具有較強的動態(tài)響應能力，印刷色序套印驅(qū)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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