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    一． 項目介紹

    本項目目的是于廣州中山松德包裝印刷有限公司共同合作，開發(fā)出全國第一，世界領(lǐng)先的新一代電子軸軟包裝印刷機(jī)。

    1.印刷機(jī)

    印刷機(jī)按壓印形式可分為平壓平型，園壓平型，園壓園型。按輸紙方式可分為單張紙印刷機(jī)，卷筒紙印刷機(jī)。印刷機(jī)的種類繁多， 用途各異，其組成也各不相同， 主要部件有：傳動部件， 輸紙部件， 定位部件，傳紙部件， 印刷部件，輸墨部件， 收紙部件， 控制系統(tǒng)。

    根據(jù)印版的種類不同，印刷機(jī)還可分為柔版印刷機(jī)(Flexo)， 平版印刷機(jī)， 凹版印刷機(jī)(Rotogravure)和孔板印刷機(jī)。

    2. 凹版印刷機(jī)

    凹版印刷機(jī)主要由給紙裝置(放卷和進(jìn)料牽引)、印刷裝置、干燥裝置、收紙裝置(收卷和收料牽引)及附屬裝置等組成。其中印刷裝置由多個機(jī)組組成，紙張依次通過各個機(jī)組，完成不同顏色的印制。干燥裝置位于各個印刷機(jī)組之間，可以采用紅外線干燥、蒸氣干燥以及空氣干燥等，油墨干燥的速度應(yīng)與印刷速度相匹配。 

    凹版印刷印版的印刷部分低于空白部分,印刷時在版面涂布油墨后，用刮刀刮去平面上（即空白部分）的油墨，使油墨只保留在版面低凹的印刷部上，再在版面上放置吸墨力強(qiáng)的承印物，施以較大的壓力，使版面上印刷部分的油墨轉(zhuǎn)移到承印物上，獲得印刷品。凹版印刷品的圖像層次由印版表面凹槽的深淺程度決定：凹陷越深，印刷品表面留下的墨層越厚；凹陷越淺，墨層越薄。 

    凹版印刷機(jī)具有以下特點(diǎn)：1. 印刷色彩層次豐富；2. 由于制版是在滾筒上直接進(jìn)行, 所以制版時間較長；3. 耐印率高達(dá)幾百萬，適合大批量印刷；4.整體機(jī)器造價較高。凹印作為一種主要的印刷工藝，由于其擁有較高的耐印率，極好的印刷質(zhì)量和較快的印制速度，使其在印刷領(lǐng)域不斷擴(kuò)展著市場份額。傳統(tǒng)意義上，凹印機(jī)適用于印量超過60，000份的生產(chǎn)作業(yè)，但是由于自動化程度的提高和滾筒準(zhǔn)備時間的縮短，所以，凹印機(jī)的適用范圍也在不斷拓寬。目前，凹印這一技術(shù)在國際上得到了廣泛應(yīng)用，歐洲企業(yè)近幾年制造的高檔印刷機(jī)已廣泛采用這一技術(shù)。凹版印刷主要用在紙包裝印刷；塑料軟包裝印刷；出版印刷；裝飾印刷；有價證券印刷。

    在歐洲包裝領(lǐng)域，基于許多品牌擁有者都在致力于印刷質(zhì)量的提高，凹印在多種印刷方式中占據(jù)著絕對的市場份額，并逐漸地奪回了柔印（主要的競爭對手）曾經(jīng)奪走的市場。

    在裝飾凹印領(lǐng)域，凹印主要用于印制墻紙，地板革以及紡織品等。

    在出版凹印領(lǐng)域，包括印雜志，目錄以及大量發(fā)行的郵寄廣告。凹印同樣也適用于大量發(fā)行的報紙擴(kuò)充版， 

    例如在星期天發(fā)行的周報附加版。在產(chǎn)品目錄領(lǐng)域，歐洲凹印有很大的發(fā)展?jié)摿Α?jù)統(tǒng)計，僅瑞士的家具零售商IKEA一家每年都要用凹印印1.5億張的產(chǎn)品目錄。在出版領(lǐng)域，出現(xiàn)百萬的出版發(fā)行數(shù)量還是比較普遍的。另外，在出版凹印中降低單位成本方面，歐洲的一些凹印企業(yè)則選擇了引進(jìn)寬幅凹印機(jī)的方式，幅寬通常在4米以上。同時，這也一定程度上提升了企業(yè)的競爭力，促進(jìn)了集團(tuán)化的發(fā)展。Arvato公司位于德國紐倫堡的Maubelser凹印廠已購買了兩臺幅寬達(dá)4.32米的KBA凹印機(jī)（運(yùn)用西門子伺服控制系統(tǒng)），成為世界上首家采用4米寬以上的凹印機(jī)印刷目錄冊和雜志的凹印企業(yè)。目前這兩臺凹印機(jī)已投入正式生產(chǎn)。

    3. 無軸技術(shù)在凹印機(jī)中的應(yīng)用

    隨著電氣技術(shù)的不斷進(jìn)步，很多印刷企業(yè)都在研發(fā)及生產(chǎn)無軸傳動凹印機(jī)。所謂無軸傳動，又稱電子軸，就是把機(jī)械傳動改為電子傳動，通過運(yùn)算直接輸入，由單獨(dú)的伺服電機(jī)驅(qū)動各個軸，省掉了原來有形的機(jī)械軸。無軸傳動相比于有軸傳統(tǒng)傳動所帶來的好處有：

    料帶路徑縮短。由于省掉了套準(zhǔn)補(bǔ)償輥機(jī)構(gòu)，過渡輥的數(shù)量也可減少，印刷副之間的距離縮小。因此材料運(yùn)行狀態(tài)會更好，從而也提高了套準(zhǔn)精度、并降低了廢品率。

    套準(zhǔn)控制的反應(yīng)更快。因為套準(zhǔn)控制信號直接作用于獨(dú)立伺服電機(jī)，通過伺服電機(jī)來調(diào)節(jié)。印版滾筒的相位，比機(jī)械傳動凹印機(jī)套準(zhǔn)系統(tǒng)響應(yīng)更快，便于提高套準(zhǔn)精度、降低廢品率。

    印刷機(jī)調(diào)整和維護(hù)更方便。因為不采用機(jī)械主軸，因此操作者和維修人員更容易接近機(jī)器各部位，并且機(jī)械維護(hù)成本也得到降低。 

    消除了齒輪副傳遞力矩，機(jī)器總體噪音較低、能耗較低、效率較高。 

    緊急停車更容易，因為系統(tǒng)的制動靠各伺服電機(jī)完成， 使制動更容易。

    各個色組分別操作更方便。

    更容易增添色組 。由于不需要將機(jī)械主軸延長，因此對今后電子軸傳動的舊設(shè)備進(jìn)行增加色組更方便。生產(chǎn)效率更高，電子軸凹印機(jī)升降速可以更快捷地實(shí)現(xiàn)。  

    但無軸技術(shù)又在實(shí)際應(yīng)用時帶來了很大的技術(shù)難度：

    紙張在印刷中收縮嚴(yán)重。由于受外界溫度、濕度的影響，加上印刷車間溫、濕度控制不當(dāng)，對紙張干濕性產(chǎn)生一定影響。印刷時，各色組烘干箱溫度設(shè)置過高，紙張嚴(yán)重收縮，各色組套印識標(biāo)產(chǎn)生不同程度偏差、跳動，這就要求伺服驅(qū)動器能快速響應(yīng)，及時做出調(diào)整，來彌補(bǔ)由于上述因素所造成的偏差，降低其對印品質(zhì)量的影響。

    自動套準(zhǔn)系統(tǒng)傳遞信號量與伺服驅(qū)動器調(diào)節(jié)量不協(xié)調(diào)，造成套印不準(zhǔn)自動套準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)是印刷套準(zhǔn)的“神經(jīng)中柢”，它把來自跟蹤電眼的光信號經(jīng)電腦分析處理，把處理后的控制指令輸送到各印刷色組的伺服控制單元，進(jìn)行自動調(diào)整套印偏差。但往往由于套準(zhǔn)系統(tǒng)與伺服驅(qū)動器不協(xié)調(diào),系統(tǒng)不能及時糾正套印偏差，印品出現(xiàn)套印不準(zhǔn)現(xiàn)象。

    送紙張力設(shè)置不當(dāng)或張力不穩(wěn)

    凹印機(jī)色組較多，走紙距離長，為確保輸紙穩(wěn)定，一般在入紙口和出紙口設(shè)置了一套牽引驅(qū)動器。第一部分是從給料到給料牽引輥。如果套印誤差是由于材料的伸長或縮短引起的，在容許范圍內(nèi)控制一定的伸長量，張力控制是最有效的。根據(jù)紙張的不同特性（如紙張厚、薄；干、濕度；環(huán)境溫度、濕度等）而設(shè)置張力大小，如果張力參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，或張力不穩(wěn)，將會使印刷色相十字識標(biāo)不能保持在有效范轉(zhuǎn)內(nèi)，印品出現(xiàn)偏差。第二部分是從收料牽引輥到收料后各部，應(yīng)注意對收料卷松緊、齊整、可靠等因素進(jìn)行張力控制。

    伺服電機(jī)與版軸之間非硬性連接

    國內(nèi)凹印機(jī)一般的上版方式為氣頂上版，從而使版軸與伺服電機(jī)之間的連接只能通過齒輪皮帶，此連接屬于軟性連接。將導(dǎo)致印版滾筒在高速動態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時可能出現(xiàn)前后移動，造成套印不準(zhǔn)。這就需要伺服電機(jī)有更高的動態(tài)響應(yīng)及極強(qiáng)的抗干擾功能。

      二．控制系統(tǒng)簡介

      1.  西門子伺服技術(shù)在凹印機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用

    西門子公司和Expert工業(yè)集團(tuán)共同研發(fā)的ExperPAC4000 型全無軸薄膜凹印機(jī)

    西門子公司，作為世界上最大的電氣工程和電子公司之一。運(yùn)用其先進(jìn)的無軸伺服驅(qū)動技術(shù)在凹印機(jī)制造領(lǐng)域的電氣配套上和歐洲各著名凹印機(jī)制造商都開展了積極的合作。例如，在德國，西門子公司和高寶凹印機(jī)制造公司合作，共同研制改造用于雜志印刷的半無軸凹印機(jī)，帶有西門子伺服驅(qū)動技術(shù)的高寶凹印機(jī)已銷往英國，法國，美國，東歐以及日本。在意大利，西門子公司分別和ACOM,ROTOMEC及賽魯?shù)习加C(jī)制造公司合作，共同生產(chǎn)全無軸凹印機(jī)，產(chǎn)品銷往澳大利亞、墨西哥、美國、西班牙及歐洲。在印度，西門子公司和Expert工業(yè)集團(tuán)，polygragh工業(yè)集團(tuán)分別合作，利用西門子伺服控制系統(tǒng)開發(fā)出8色全無軸薄膜凹印機(jī)，套印精度達(dá)到了0.04mm。西門子公司和Expert工業(yè)集團(tuán)共同開發(fā)的ExperPAC 
4000 型全無軸薄膜凹印機(jī)還成功地參展于2004 年舉辦的DRUPA 2004 印刷展覽會。

    在中國，西門子公司也在積極地尋找當(dāng)?shù)睾献骰锇橐煌_發(fā)全無軸凹印機(jī)，將成熟，先進(jìn)的伺服控制技術(shù)引進(jìn)中國，惠顧于廣大的中國印刷企業(yè)。在近期，應(yīng)用西門子電子軸解決方案的松德SAY31000D凹版印刷機(jī)成功地參加了在上海舉辦的全印展。這臺電子軸凹印機(jī)是國內(nèi)首臺真正意義上運(yùn)用世界先進(jìn)技術(shù)的電子軸凹印機(jī)。當(dāng)之無愧地成為整個展覽會最大的亮點(diǎn)。她的成功，既展示了西門子運(yùn)動控制產(chǎn)品和解決方案在電子軸凹印機(jī)上的強(qiáng)大優(yōu)勢，又昭示著西門子在國內(nèi)高端印刷機(jī)械解決方案應(yīng)用上取得了一個里程碑式的巨大突破。

    2.  西門子伺服控制系統(tǒng)介紹

    西門子用于此電子軸凹印機(jī)印刷單元的伺服驅(qū)動器為Masterdrives MC, 開復(fù)卷為Masterdrives VC,伺服電機(jī)為1PH7 型異步伺服機(jī)。通過AFE 提供母排直流電。

    Masterdrives MC 是西門子運(yùn)動控制部及其成熟的伺服產(chǎn)品。通過其強(qiáng)大靈活的自由功能塊及完善的伺服功能包F01, 
工程技術(shù)人員可以很靈活的進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。同時，通過Mathcad驅(qū)動優(yōu)化軟件對控制器進(jìn)行快速復(fù)利葉變換調(diào)整，可以使伺服電機(jī)達(dá)到很好的動態(tài)及抗干擾特性。

    三．系統(tǒng)控制、工藝介紹

    控制原理大致為：

    在其中一伺服器中生成一虛擬主軸， 產(chǎn)生的位置及速度信號傳送到SIMOLINK總線上，然后所有伺服驅(qū)動器同時從總線上接收位置和速度信號，進(jìn)行位置同步運(yùn)行。當(dāng)然，由于輥筒直徑的不同，Masterdrives 可以通過添加電子齒輪比進(jìn)行調(diào)節(jié)。在驅(qū)動原理上，牽引單元和印刷單元需要保持位置同步，開復(fù)卷單元只需要進(jìn)行張力控制就行了。但牽引單元還需要把張力信號引入控制器，進(jìn)行基于位置同步上的張力調(diào)節(jié)。

    在與松德公司共同開發(fā)的軟包裝凹印機(jī)上，自動套印系統(tǒng)選用了奧特美系統(tǒng)。套印偏差量通過快速開關(guān)量輸入點(diǎn)傳給伺服驅(qū)動器。伺服驅(qū)動器帶動電機(jī)進(jìn)行縱向調(diào)整。

    在現(xiàn)場調(diào)試過程當(dāng)中，對于驅(qū)動系統(tǒng)和自動套印系統(tǒng)的配合，我們選擇了已經(jīng)和西門子成功合作過的奧特美公司，我們驅(qū)動器的套印偏差信號能夠通過快速開關(guān)量輸入點(diǎn)從奧特美系統(tǒng)得到，同時，奧特美系統(tǒng)的套印偏差調(diào)整速度需要和我們驅(qū)動的調(diào)節(jié)速度匹配。這一點(diǎn)需要進(jìn)行大量的測試來得到。對于自動套印系統(tǒng)的選取，就目前國內(nèi)的情況，還沒有一家套印企業(yè)能夠生產(chǎn)出合格的電子軸自動套印系統(tǒng)。所以選擇成熟的套印設(shè)備，也是這次成功合作的關(guān)鍵。

    在現(xiàn)場調(diào)試過程當(dāng)中，對料帶的張力控制好與壞也是調(diào)試成功的關(guān)鍵。張力傳感器一般設(shè)置在開復(fù)卷和牽引單元之間以及牽引單元和印刷單元之間。對開復(fù)卷和牽引單元之間的張力控制，影響到卷曲取的質(zhì)量。對牽引單元和印刷單元之間的張力控制，直接影響到印刷品的印刷質(zhì)量。對張力傳感器類型的選擇，是影響張力控制的關(guān)鍵。在這里，我們選取了浮動滾進(jìn)行張力控制，因為料帶松緊時，張力變化很大，驅(qū)動器很難進(jìn)行很好的控制。在選取了浮動滾進(jìn)行張力控制后，料帶的張力得到了很好的保持。

    當(dāng)然，如果伺服驅(qū)動器的動態(tài)性能不好，也不可能達(dá)到理想的結(jié)果。在調(diào)試當(dāng)中， 我們對Masterdrives MC 進(jìn)行了動態(tài)優(yōu)化，通過對印刷單元進(jìn)行快速付利葉變換(FFT)，和對驅(qū)動進(jìn)行濾波處理，我們使印刷單元達(dá)到了很好的抗干擾特性。大大抑制了由于機(jī)器及外界因素對驅(qū)動器的影響，同時也帶來了很好的印制結(jié)果。

    四．項目運(yùn)行驗收

    在對系統(tǒng)進(jìn)行了兩個星期的短暫調(diào)試后，此凹印機(jī)已達(dá)到了很高的印刷精度和印刷速度，超出了用戶的預(yù)期，使此印刷機(jī)成為目前為止，國內(nèi)最領(lǐng)先的凹印機(jī)之一。

    機(jī)器印刷速度: 300m/min

    自動接換料速度在 250m/min

    套印精度在應(yīng)刷全過程小于0.1 毫米 

                                 使用西門子公司伺服驅(qū)動系統(tǒng)的松德凹印機(jī)

    五．西門子自動化及驅(qū)動集團(tuán)運(yùn)動控制部門簡介

    西門子自動化及驅(qū)動集團(tuán)運(yùn)動控制部門是西門子公司主要部門之一，作為西門子自動化及驅(qū)動集團(tuán)運(yùn)動控制部門產(chǎn)品之一的西門子變頻器已有快四十年的發(fā)展歷史,其功率范圍廣、控制精度高已廣泛的應(yīng)用在各個行業(yè)。它的主要變頻器產(chǎn)品包括Masterdrives VC/MC， Simodrive, Simotion and Sinamics等。 應(yīng)用于包括紡織，包裝，印刷，金屬加工，塑料及橡膠，玻璃等各種輕工業(yè)領(lǐng)域。西門子及其在國內(nèi)的合資廠，致力于提供面向印刷機(jī)及其他機(jī)械產(chǎn)品的高性能自動化解決方案，研發(fā)適合于中國及國際市場的設(shè)備技術(shù)，為印刷及其他各個工業(yè)領(lǐng)域提供最先進(jìn)的伺服驅(qū)動運(yùn)動控制產(chǎn)品，并通過遍布世界各主要地區(qū)西門子運(yùn)動控制部門技術(shù)應(yīng)用中心為用戶提供革新化的解決方案，以及高附加值的服務(wù)。

    西門子自動化和驅(qū)動集團(tuán)通過其全球化的服務(wù)熱線系統(tǒng)為全國各地的用戶及全球用戶提供專業(yè)快捷的服務(wù)。西門子擁有一批高素質(zhì)的技術(shù)人員，提供全套自動化與驅(qū)動產(chǎn)品相關(guān)的高質(zhì)量的技術(shù)和工程服務(wù)。同時，西門子技術(shù)管理培訓(xùn)中心負(fù)責(zé)為中國客戶提供完善的技術(shù)培訓(xùn)，并通過在當(dāng)?shù)亟⒌呐嘤?xùn)中心，進(jìn)行廣泛的技能培訓(xùn)與技術(shù)轉(zhuǎn)讓。西門子在中國擁有廣泛的本地生產(chǎn)基地.西門子公司本著真誠合作，共創(chuàng)未來的宗旨，為人類的文明發(fā)展和世界的進(jìn)步做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。