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　　摘 要：本文主要介紹全數字直流伺服驅動器在噴繪機上的應用。

　　關鍵詞：伺服驅動器 噴繪機

　　1 引言

　　隨著國內經濟的蓬勃發展，廣告業也隨之迅速發展。如此誘人的市場行情促使廣告制作商競相投資購買戶外噴繪設備，從進口噴繪機到國產噴繪機，簡直就是遍地開花!因此對大幅面噴繪機性能的要求也越來越高。

　　大型噴繪設備目前面臨的問題包括：如何大幅降低機器成本，讓中小城市的客戶也買得起;如何讓大型噴繪設備提高打印質量，擴大應用范圍;如何讓伺服電機和伺服驅動器速度跟上噴頭的點火頻率。目前國內外噴繪機零件供應商正在解決這些難題。

　　針對噴繪機電機方案，本文重點講解噴繪機中的送布和小車板相關的選型和應用設計。

　　2　大幅面噴繪機的電機描述（圖一）

圖一 噴繪機

　　墨泵電機，控制噴頭散噴

　　送布電機，形成自動送布系統;

　　主軸電機，控制小車板的行程和位置;

　　3 噴繪機系統設計

　　3.1 系統架構（如圖2）

圖2 噴繪機系統架構圖

　?。?）運動控制系統：KONICA256控制系統，包括伺服控制卡、噴頭控制板、供墨系統板

　?。?）主軸系統：全數字直流伺服驅動器（PH100DC），（如圖3）

　　主軸電機（PM100DC-100W）;

　　（3）送布系統：全數字直流伺服驅動器（PH100DC），

　　送布軸電機（PM100DC-100W）

　?。?）噴頭： KONICA256

圖3 伺服驅動器和伺服電機

　　3.2 運動控制板卡和打印軟件

　　3.2.1、運動控制板卡

　　KONICA256控制系統，包括伺服控制卡、噴頭控制板、供墨系統板，主控板為USB接口。

　　3.2.2、噴繪軟件-蒙泰噴繪軟件

　　可接受PostScript文件、TIFF、JPG、EPS圖形文件;直接打印輸出，速度快捷，自動大幅分塊輸出。

　　3.3 送布電機和小車板電機

　　噴繪機中的電機從功能上分為3類：墨泵電機，送布電機和小車板電機，屆于墨泵電機功率小，本文不做重點介紹，只對送布電機和小車板電機的選型應用做詳細講解。

　　目前噴繪機的送布電機和小車板電機從電機類型上分為步進電機和伺服電機，伺服電機又分為直流有刷電機和交流無刷電機。

　　步進電機在低速時扭矩大，但步進電機的機構決定了步進電機無法支持600RPM以上的速度，另外，由于步進電機在停機時定位時的缺陷會造成走位誤差，已經無法滿足現在噴繪機高速高效的要求。

　　由于伺服電機響應快，速度高，并且定位精度高的特點，現在噴繪機普遍選用這一類電機作為送布電機和小車板控制電機。屆于成本的壓力，目前在中低速噴繪機上的主流電機為低壓直流伺服電機，配套的控制器分別有模擬伺服驅動器和全數字伺服驅動器。模擬伺服驅動器以深圳雷賽科技的DB810A為代表，全數字伺服驅動器廠商國內主要由上海哲佑P系統和深圳雷賽的DCS810系列為代表。由于模擬電路在使用中的漂移性，從而使得模擬伺服驅動器不太適合高速定位的應用。本文著重講解P系列全數字伺服控制器在噴繪機上的應用舉例。

　　送布系統要求：要求能夠正反轉，進布和退布速度保持平穩，在停機時自動鎖死，防止布滑落。

　　設計：采用PH100DC伺服驅動器+PM100DC伺服電機，最大輸出功率100W，編碼器線數為1000PPR，定位精度為正負1個脈沖，鎖死電流為6A，響應頻率為20KHZ，在24V額定電壓下最高速度為2500RPM，額定扭矩0.29Nm。

　　測試結果：同上位機控制卡保持同步性能較好，走布誤差在2個脈沖之內。

　　小車板控制系統要求：高速響應，最高速達到1.2米/秒，機械減速比為1：6 ，采用PH100DC伺服驅動器+PM100DC伺服電機，定位精度為正負1脈沖，在24V額定電壓下最高速度為2500RPM，額定扭矩0.29Nm，軸徑8mm。

　　下面將通過舉例介紹如何通過噴頭選擇電機和驅動器

　　設計1：根據噴頭點火頻率計算噴頭打印速度;如：Xaar 128/40噴頭，點火頻率是8.3KHz，打印分辨率為360dpi時：

　　噴頭打印速度=inch＊0.0254m/1s＊噴頭點火頻率/打印分辨率=8300/360inch＊0.0254m/1s=0.585m/s

　　因此，此噴頭的最高打印速度為0.585m/s。

　　設計2：噴頭電機齒輪直徑R=0.0075m，減速輪外圈R1=0.034m，減速輪內圈R2=0.021m，噴頭加速時間t=0.3s，噴頭質量M=5kg，導軌摩擦力f=20N，噴頭打印速度V=1.2m/s，電機與導軌減速比j=6，傳動效率η=0.85，

　　⑴、1.2m/s時電機最高轉速n：

　　電機軸周長C: C =2πR = 2×3.14×0.0075m = 0.0471m

　　減速輪外圈線速度V1 = V＊R1/R2=1.2m/s＊0.034/0.021 =1.94m/s

　　n =60s＊V1/2πR=60s＊1.94m/s/0.0471m=2471RPM2R

　　因此，當噴頭打印速度為1.2m/s時，電機最高轉速為2471RPM。因此額定轉速為2500RPM的PM100DC可以滿足1.2m/s的高速要求。

　?、?、當減速比為6時，電機所需最大扭矩：

　　噴頭加速時所需力F = mM＊v/t+f=5kg＊1.2m/s/0.3s+20V=40N?加速時所需扭矩：Tl= F＊R2=40N＊0.021m=0.84Nm???

　　電機輸出扭矩：T= Tl/（j＊η）=0.84Nm/（6＊0.85）=0.16Nm

　　綜上所述：由設計1和設計2：噴頭速度為V2=0.585m/s時電機最高轉速n1為：

　　n1 = 60s＊V2＊R1/R2/2πR=60s＊0.585m/s＊0.034/0.021/0.0471=1206RPM

　　當噴印速度為1.2m/s時，電機所需最大扭矩為0.16Nm，所需轉速為2471RPM，PH100DC電機在恒定額定電壓下輸出扭矩 0.21Nm，轉速2500RPM，能夠滿足高速要求。

　　電機從0加速至2475RPM時間為0.3s,小車板在移動過程中穩定無振動，小車板靜止時保持力度足夠大。

　　系統測試結論：對于噴頭軸和進布軸伺服性能的要求主要是伺服系統有較高的動態響應及較高的定位精度。全數字直流伺服驅動器基于專用運動控制器DSP 和高效MOSFET等先進技術的硬件平臺，有著高速度頻率響應，具有共振抑制功能，可以精確調諧，消除震動;控制精度可以達到1個脈沖，最大的輸入頻率可以達到250Kpps，這都很好的保證了進布軸所需驅動的要求。對于主軸伺服要求有快速的啟停特性和穩定的速度控制，全數字直流伺服驅動器是基于DSP的硬件控制，具有開放式的參數調整接口，可以根據用戶的使用情況進行參數的設置。這些特點是步進電機系統和模擬伺服系統所不能比擬的。

　　4 結束語

　　隨著噴繪市場對噴繪精度和噴繪速度的不斷追求，UV平板噴繪機將逐漸被推向市場。隨著UV平板噴繪機的發展，配套的伺服電機也將升級換代。在中高端的噴繪機市場上將以交流伺服電機系統為主，但在很長一段時間內中低端市場仍然會以直流伺服電機系統為主，畢竟直流伺服的價格競爭優勢無可比擬。