一、前言
無軸傳動系統是20世紀80年代末90年代初出現的新的傳動技術。到了90年代后期已應用到各類卷筒紙和部分其它印刷機上。它在單張紙膠印機，表格印刷機上都有應用。例如卷筒紙膠印機各機組間，印刷機組和折頁機組，印刷機組和給紙機組之間都是由一個主電機帶動主傳動軸和斜齒輪傳遞到個印刷機組的。各印刷機組依靠機械軸同步運轉來完成印刷任務即為有軸傳動。由于科學技術飛速發展，到了20世紀90年代中期推出了印刷機的各印刷機組由獨立的電機驅動，機組之間不設有機械軸，各機組不再依靠機械軸同步運行而是由電子軸來完成印刷任務了。即無軸傳動印刷機，它實際上是一種伺服系統，伺服系統是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控制量能夠跟隨輸入目標值或給定值的任意變化而變化的自動控制系統。它采用眾多的伺服電機來分別驅動各機組的伺服運行，這些伺服電機并非各自為政，而是緊密相連相約的，它們的驅動系統是由不同層次的網絡傳輸信號來控制，從而在瞬間實現協作和機組的同步運行，這些驅動設備以及各種網絡形成了一條“虛擬軸”從而取代了機械軸即有軸來帶動印刷機組同步運行，因此稱這樣的一種自動化控制系統為無軸傳動技術。
二、博世力士樂(Bosch Rexroth) SYNAX200無軸傳動系統
我們廠于2007年11月引進的瑞典D390塔式高速輪轉印刷機就是應用了全套博世力士樂(Bosch Rexroth )SYNAX200無軸傳動技術。SYNAX 200驅動與控制系統取代了迄今為止仍然經常使用但較為昂貴的機械齒輪箱、萬向軸聯結、傳動長軸和凸輪等機械裝置與機構，而代之以數字化智能伺服驅動、精確的電子同步系統，從而無需為不同的齒輪箱或滿足各種特殊功能再配備額外的輔助驅動系統。從而提高了印刷質量，并且也極大地減少了機器起動和剎車時造成的印廢量。整個印刷過程由系統內部的功能來支持，它們是電子減速器、電子凸輪盤、牽引張力控制器、對版控制器、跳動控制器。SYNAX 200控制系統為每個獨立驅動系統計算出同步的虛擬“電子軸”位置，根據標準化的SERCOS(光纖維)驅動界面上（IEC61491）的期望值，通過光纖維以一定的周期傳送到印刷機的無軸獨立驅動系統上，完全可以不受任何干擾。每個無軸獨立驅動系統的位置（或相位）控制都是如此，從而確保了整臺印刷機在印刷過程中的同步運轉。將信號無干擾地傳遞給單個驅動器。帶伺服驅動技術的印刷裝置單驅動器是通過電子齒輪來實現在每次更換報紙印刷任務時所必須進行的傳動匹配工作的。這種電子齒輪能夠與所需的印刷任務達到理想的銜接。這就允許相應于所要求的報紙印刷任務完成圖案的CMYK顏色的縱向匹配。由此可以完全取消迄今為止所必須的精密機械齒輪。其結果是費用降低。精密機械齒輪的取消，免去了每次更換印刷任務時，很麻煩的進放嚙合過程。伺服驅動器的絕對值傳感器技術保證印刷滾筒快速準確地校準對版位置。除此之外，還可能使印刷長度的修正量達到十萬分之一的精度。其結果就是在高度生產可靠性的條件下印廢量的急劇減少。印刷裝置的設定，同樣也配備了力士樂的智能型伺服驅動器和分辨精度高達四百線的高精度伺服電機。它能夠在1 m的范圍內對印版滾筒進行校準，由此而在全部工作區內實現了理想的精密顏色套準。印刷裝置首次可以在紙帶全速的情況下，不停機地接通。如果當前的報紙印刷任務僅需10個印刷裝置中的4個，這時其它的6個就可以為下個報紙印刷任務做準備.圖1為SYNAX200的系統結構圖：
1.PPC主控單元及PROFIBUS RS485 RS422總線的運用
PPC是SYNAX 200驅動與控制系統的核心，它是博世力士樂(Bosch Rexroth)電氣傳動與控制技術集團提供的小型獨立運動控制器，單CPU，通過分時完成對運動和內嵌PLC的同步控制。根據其應用和所配軟件，該平臺可當作PLC和運動控制器。還可通過分組多個 PPC 控制臺和主操作系統解決復雜的自動化任務，也可管理兩級聯式主操作系統和SERCOS環內最多40個從動軸。瑞典D390高速輪轉塔式印刷機沒有使用傳統的可編程控制器做運動控制，而是用Bosch Rexroth的高性能PPC控制器進行控制。D390印刷機是由1個折頁機組(報頭)和3個印刷塔組成,4個部分間無機械軸連接,依靠先進的SERCOS（光纖）環路作為虛擬軸連接,如圖所示: 每個印刷塔都由主控電柜中的單個PPC通過SERCOS（光纖）環路控制自己塔內的所有的伺服控制系統,并形成閉環.見圖2(略)。PPC系統在所有軸向上都提供了全部同步化運動，以及對D390機上的24伏直流I/O連接的邏輯編程。PPC內嵌PLC通過PROFIBUS總線來控制印刷塔機上電箱中的PLC輸入輸出的模塊,通過RS485 串行總線控制自動噴霧系統,通過RS422串行總線控制遙控墨鍵系統:如圖3(略)所示。而每個PPC之間通過SERCOS（光纖）環路連通,并形成雙閉環。見圖2(略)。
2.光纖回路的運用
PPC之間，PPC與伺服驅動器間，伺服驅動器之間都采用業界標準的SERCOS數字光纖網絡控制，SERCOS與其他串行現場總線相比，有效數據傳輸率高，例如Ethement以100Mbit/s速度傳輸數據時，有效數據傳輸率為5～10Mbit/s；SERCOS以16Mbit/s速度傳輸數據時，有效數據傳輸率為11Mbit/s。另一個特點是它光纖噪聲抑制能力強、傳輸可靠性高,信號通過光纖維以一定的周期傳送到印刷機的無軸獨立驅動系統上，完全可以不受任何干擾。SERCOS目前已能滿足在2ms內，使一臺PPC控制器與多達32個伺服系統實現數據通信,為系統里的每個交流伺服系統提供32位的命令信號和診斷分析反饋。另PPC控制器之間的雙閉環分主環和副環,主環通常被用做通訊,當主環正常運行時副環只用來傳輸診斷信號,如果主環停止傳輸信號后,副環將用來傳輸冗余或備份的信號,但副環連接的方向必須與主環相反.為了保證虛擬軸能正常運轉這樣雙保險的設計還是值得稱道的。見圖5。另附PPC的一些參數設置的截圖見圖6,7,8(略)。
3.局域網的運用
在D390系統中使用了一臺32口的網絡交換機用于組建系統內部的局域網.其中任務服務器(press manager)地址為192.168.1.101,報頭PPC地址為192.168.1.31,可擴展到4個報頭即地址可延伸到192.168.1.34,印刷塔地址為192.168.1.1,可擴展到16個印刷塔即地址可延伸到192.168.1.16。控制臺地址為192.168.1.51可擴展到8個控制臺即地址可延伸到192.168.1.58。顏色自動校準的相機地址為192.168.1.81。VCP25人機界面地址為192.168.1.111-116。如果說SERCOS數字光纖系統在整個SYNAX200系統中起著與伺服系統進行海量同步數據交換的作用且對數據安全性要求極高,那么局域網對其就是有益的補充。
4.伺服控制系統
D390印刷機伺服控制系統使用電源模塊和逆變器模塊的單軸方案:單軸應用方案是模塊化的IndraDrive M的使用領域.電源模塊為逆變器提供必需的直流母線電壓.緊湊的單軸或雙軸逆變器以及集成電源連接部件的電源模塊可以實現大型驅動組的應用方案.其中電源模塊具有集成主接觸器, 集成制動電阻器,節省能源的電源回饋等優點.通過具有回饋功能的電源模塊,可以獲得最高的能源利用率.除了驅動器發電機工作方式的電源回饋,它還以其直流母線的調節能力而著稱.模塊式逆變器也可通過共同的直流母線進行能量交換.每個模塊式逆變器的控制模塊采用的型號是CSH01.1-SE-ENS-NNN-NNN-S1-S-NN-FW.“SE”代表使用SERCOS接口，此控制模塊是使用SERCOS接口的基本型號, SERCOS的顯著特點就是指令值以極小的循環時間在控制器與驅動器之間傳遞。結合準確的所有驅動器的同步，SERCOS接口實現了最大的動態響應性和最高的精確度，通過光纖的信號傳遞保障了安全的數據交換，同時具有最方便的接線。為了連接INDRADYN電機編碼器和其它標準編碼器，比如HIPERFACE編碼器，相應的編碼器接口已經集成安裝在此控制模塊上。D390印刷機伺服控制系統使用的是INDRADYNA系列異步伺服電機MAD電機系列。大功率密度的特點使其在印刷行業的伺服與主軸的應用上有極大的優勢。高分辨率的單圈或多圈的編碼器反饋系統以極佳的回轉質量保證了最高的加工精度。除了鍵槽軸和保持制動器等選項，電機還配備有特殊的支座用于高速的應用或者徑向負荷較高的應用。MAD電機系列使用2048線，4096倍分辨率的絕對值多圈編碼器。這里我們談談絕對值多圈編碼器的優點(略)。絕對值多圈編碼器在MAD系列電機的應用為無軸系統的同步運行提供了保障。系統圖見圖11。
5．強大的SYNTOP診斷系統
SYNTOP診斷系統其實是 SYNAX200 系統的調試軟件。“SynTop”作為命令和診斷工具，可以引導用戶通過監測器的聯機幫助，直接輸入需要的內容而進行參數設定，從而改變了原來耗時長、成本高的編程工作。以下是SYNTOP軟件在部分重要設置上的截圖，見圖12-16(略)。
