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控制網：近幾年，貴公司為印刷機械行業用戶進行的自動化產品、技術或方案的創新有哪些？

    封巖：貝加萊在印刷機械行業最具代表性的創新方案就是將套色控制和張力控制集成在Automation Studio的一個軟件庫中。貝加萊的專家在Automation Studio中直接調用這個軟件庫，即可實現對套色和張力的精準控制，效果良好。這意味著我們不再需要使用2套獨立的系統分別控制套色和張力，使用一套貝加萊的整體控制方案即可滿足需求。集成套色方案體現了貝加萊一貫倡導的集成自動化理念。
 

實用案例：基于POWERLINK無軸凹版印刷套色控制

貝加萊工業自動化（上海）有限公司    西安分公司

力生

摘要：本文介紹了高速工業以太網POWERLINK的技術及其在無軸凹版印刷機上的成功應用，給出基于POWERLINK的無軸凹版印刷套色控制的網絡結構和整體方案，分析POWERLINK無軸凹版印刷機的特點及其成功之處。

關鍵字：POWERLINK（Ethernet POWERINK），無軸凹版印刷套色控制(Non-shaft Intaglio Printing Color Control)

引言

    傳統的機組式凹版印刷機的各色組版輥的傳動是掛在同一個電機上的，由該電機帶動一個機械主軸來傳動。各色組版輥都通過機械的連接跟主軸連接在一起，所以，各色組版輥的運動同步，而且好的機械下各色組版輥的運動步調嚴格一致，版輥的傳動問題是這樣解決的，印刷圖案的套準控制是通過控制專門的浮動輥的運動，通過控制張力，來控制承印物的拉伸來完成的。我們將這種傳統的機組式凹版印刷方式，簡稱為有軸印刷，相應的將一種新型的印刷方式，簡稱為無軸印刷。

    無軸和有軸的根本區別是版輥的傳動方式不同，無軸的各色組版輥的傳動是各自獨立的，由單獨的電機驅動，這樣從機械上來說，減少了機械主軸，各單元版輥獲得獨立，從控制上來說各單元的同步問題有待解決，而且是整個機器印刷品質的前提和基礎。

    無軸印刷的圖案套準控制也有別于有軸印刷，無軸印刷的圖案套準控制是在各軸同步的基礎上，通過控制版輥的相位來實現的。

    所以，無軸凹版印刷是集版輥傳動和套準控制于一體的印刷方式，版輥的獨立，使得版輥的控制更加復雜，也更加靈活，相應地，印刷的靈活性、可操作性，以及凹版印刷機的自動化水平得到了提高，從而，適應了當今印刷行業復雜工藝生產的要求，提高了印刷品質，節約了生產成本，適應了印刷行業市場的發展，實現了安全生產和環保生產。

    正是無軸凹版印刷控制的復雜性、靈活性，要求高品質和新技術的應用，如工業以太網POWERLINK，可編程計算機控制器PCC，全數字伺服驅動器ACOPOS的應用。

    基于POWERLINK在整個方案中起著網絡通訊的作用，是數據的傳輸通道，所以，POWERLINK是整個方案的基礎，是數據的橋梁，是系統安全可靠的保證，可見其在整個方案中的份量，本文主要講解POWERLINK技術，以及無軸凹版印刷的成功應用。

一．關于POWERLINK技術：

    在本方案中各驅動器（ACOPOS系統）之間，以及各驅動與中央處理器PCC之間的關系，是通過總線的方式建立起來的，這個總線就是POWERLINK。POWERLINK是建立在以太網硬件基礎之上的，不依賴于特定硬件的，完全基于軟件協議的實現高實時要求的安全的工業以太網技術。

    POWERLINK通訊技術于2001年由貝加萊公司研發并推向市場，同年成立EPSG(Ethernet POWERLINK Standardization Group)聯盟，如今POWERLINK已經成為國際標準（IEC61158和IEC61784-2），并滿足工業安全標準IEC61508。全球已有240個機械制造商正在使用POWERLINK技術。

    下面是關于POWERLINK的技術參數數據。

    POWERLINK是一個嚴格且具有確定性的實時通訊軟件協議，它完全建立在以太網硬件基礎上，現在可實現波特率為1Gbits/s的安全通訊速率。POWERLINK不僅支持PLC，I/O以及運動控制數據的循環通信，同時也支持實時網絡節點間的非同步通信，并且專門為這一目的預留有部分網絡帶寬。

技術參數（基于快速以太網（100Mbit/s））：

 POWERLINK電纜：

貝加萊（B&R）公司提供的專用電纜具有如下特性：

工作原理：

POWERLINK網絡中有兩種數據通信形式： 

    •周期性的

    •非周期性的

POWERLINK循環：

    POWERLINK采用SCNM(Slot Communication Network Management)通訊技術解決了傳統的以太網CSMA/CD通訊方式的沖突問題。

    SCNM規定POWERLINK網絡中由管理器節點（MN）統一分配時槽給各控制器站點（CN），并依次輪詢。MN以點對點的方式向CN發出訪問請求PollRequest，CN以廣播的方式向所有站點發出響應信息PollResponse。

圖示如下：圖1

    一個POWERLINK循環包括一個循環頭（SoC）,它被控制器用于同步操作，循環頭之后，管理器向第一個站點發送一個傳送請求，相應的它會收到一個傳送回應。依此類推。在每一個循環中，所有的站點都會被訪問到。循環通訊在一個循環尾（EoC）終止。而后就是非同步通信時間，這時，管理器就向某個站點發送或者提示其發送數據。

    圖示如下：圖2

二．POWERLINK在無軸凹版印刷上的應用：

    凹版印刷具有數據響應要求快的特征，所以POWERLINK的高實時響應和其安全性正好滿足了這個要求。

1〉 運動控制中POWERLINK的應用：

    在運動控制中，POWERLINK作為通信總線是透明的，不需要編寫任何的驅動程序或通信程序，這些都是集成在系統中的，只要在項目中添加相應的通信接口卡，并做相應的POWERLINK通信屬性的設置，比如，循環周期的設置，POWERLINK強大的通訊功能即可在項目中無縫的使用。主要的編程就集中在運動方案的實現上。

2〉無軸凹版印刷機中POWERLINK的網絡結構：

    型號不同的機組式凹版印刷機的色組單元個數是不同的，下面以一個10個色組單元的凹版印
刷機的網絡結構為例，說明無軸凹版印刷機的POWERLINK網絡結構，以及站點分配的情況。在POWERLINK網絡結構中，貝加萊2005系列PCC的CPU模塊是中央數據處理單元，其插槽中的通信模塊的站點撥碼為00（MN），各伺服控制器站號依次為01到10（CN）。

    網絡結構如下圖示：圖3

3〉POWERLINK總線是連接電子齒輪的紐帶：

    在引言中提到各色組單元要解決好同步的問題，POWERLINK總線在其中為各軸的電子齒輪的同步提供了可靠實時安全的數據通道。

4〉基于POWERLINK總線的無軸凹版印刷機的整體方案：

    顯示操作監控站：貝加萊POWER PANEL 系列集顯示操作數據處理于一體的人機界面；

    中央數據處理單元：貝加萊2005系列PCC系統CPU，是一款高性能的CPU模塊，可處理從機器制造行業的高端應用到過程控制中的高難任務。

    印刷版輥驅動及控制系統：貝加萊全數字伺服驅動器ACOPOS系統及伺服電機系統。

    色標識別及處理系統：色標識別傳感器及信號處理系統，色標信號經傳感器識別及處理系統的初次處理，輸入到ACOPOS系統做處理運算及控制。CPU模塊對識別的信號做高級別的算法再傳輸給ACOPOS系統做控制。

    POWERLINK總線：給整個色標系統提供了高實時的安全數據通道。

5〉貝加萊套色控制系統結構圖：

    以10色無軸凹版印刷機為例。

    以下為無軸凹版印刷機的整體框架結構圖：圖4

三．無軸凹版印刷機的特點：

    •機械上取消主軸，電氣上采用總線方式，使機器的操作和維護更方便；

    •控制系統采用整體的方案，使系統的安裝啟動調試更快捷高效；

    •高速實時總線系統，高性能PCC系統，全數字伺服系統的應用，使色標信號的識別及控制更直接高效，從而提高了控制精度；

    •版輥的單獨驅動，使單個版輥參與印刷或暫停印刷的操作更方便，從而適應了復雜工藝的要求。

四．無軸凹版印刷機的案例分析：

    貝加萊公司的整體無軸凹版印刷方案與凹版印刷機的領軍企業合作，為多家客戶多個行業提供了品質優秀的凹版印刷機，比如在煙包行業，裝飾紙印刷，瓦楞紙印刷，塑膜印刷等。其印刷精度，印刷合格率，以及機器的質量及操作人性化都得到了用戶的普遍認可。