无轴传动控制数控技术实验平台的开发研究

　　随着工业自动化技术、电动机控制技术的发展，出现了无轴传动技术。无轴传动是当前数控技术研究的热点。采用尤轴传动技术的印刷机简化了机械部件，降低了制造成本，是印刷机控制系统未来发展的方向。介绍一种能够实现印刷机无轴传动控制的实验平台，为研制新型无轴传动系统，提供了可行的方法。

0 引言

　　现代科技的迅速发展，对工业自动化领域也提出了更高的要求，印刷行业靠传统的机械长轴传动已无法满足高速度、高精度和高效率的生产要求。无轴传动(Shaftless Driving，SD)是卷筒纸印刷机专用的一种伺服传动技术。它的主要思路是采用现代数控技术中多轴伺服同步控制的方案代替传统印刷机中的机械长轴同步方法，从而获得更高的印刷速度、更高的套准精度、更大的柔性、更短的辅助工作时间和更好地与数字化流程接口的性能。

　　采用伺服电动机的无轴印刷控制系统机械结构更简单、精度控制更高，可以实现快速套准，且使印刷过程实现了高度的自动化，是未来印刷技术的发展方向。由于现有的无轴传动技术基本上用于印刷机械，因此印刷机就成为了研究无轴传动技术的必要设备，但现有条件下，无轴传动研究机构中印刷机的配备并不能得到普及，研制和开发一套无轴传动电动机离线测试平台，使没有条件购置一整套印刷机设备的研究机构能够实现采用较低的成本进行离线的无轴传动实验，将实验的结果广泛运用于生产当中，以便减小无轴传动技术产品研发和生产周期。无轴传动控制实验平台以相互独立的伺服电动机组模拟印刷机上的胶印和柔印机组，进行模拟印刷机离线实验，如同步运动控制，收复卷控制，应用电子凸轮表功能进行印刷张力以及裁切不同版长控制等功能的进一步研究，完善无轴传动技术在印刷业上的应用。

1 系统的设计与实现

　　本课题的目标是设计和研制一套无轴传动电动机测试平台系统，无轴传动控制实验平台不是一整套无轴印刷机，而是一套模拟无轴印刷机的离线测试系统。与实际的无轴印刷机类似，这套实验平台上设置有五台伺服电动机，模仿五个印刷机组运行，能够实现普通无轴印刷机的各个基本功能，无轴传动控制实验平台伺服电动机组如图1所示。

图1 无轴传动控制实验平台伺服电动机组

　　实验台的控制分为工控机用户界面控制和现场控制，在用户界面上能够显示伺服电动机的各种运行状态及电动机的相关参数，如转速等，还可以保存读取关键参数。主操作和监测界面如图2所示。现场控制端子的功能与用户界面上的功能一一对应，现场控制界面如图3所示。

图2主操作和监测界面 

图3现场控制界面 

　　1.1 系统的硬件设计

　　无轴传动测试实验平台采用工控机(IPC)作为运动控制器，以首科凯奇公司研制的CSD数字交流伺服驱动器和伺服电动机作为执行元件；运动控制器采用工控机+SERCOS主卡，伺服驱动器+SERCOS从卡的基本控制模式，以SERCOS接口作为通讯总线，用光缆环进行连接；逻辑控制系统采用在工控机中插入ProfiBus卡，以ProfiBus接口作为通讯总线进行连接。工控机中的SERCOS主接口卡，是电脑和驱动器之间数据采集和交换的主要处理设备，该卡插装在工控机的主板上，通过PCI总线和工控机进行数据传递。主卡主要完成以下功能：设定控制初始化参数，反馈运行状态，并协调机器各环节的动作顺序。在上位机的协调下，控制系统完成运动控制，如速度同步控制、张力大小控制和调版运动控制等，并把控制的结果和相关状态传递给智能伺服驱动器，即实现对运动的精确控制。光缆从主卡接出后，串接伺服驱动器的从卡，形成一条封闭的光缆环。

　　程序运行后，应用程序通过SERCOS接口卡和ProfiBus卡将控制信号送给每个伺服驱动器以及I／O模块，驱动器执行对伺服电动机的控制，I／O模块上的数字I／O单元实现对各种开关量的操作，将IPC触摸屏与按键控制相结合。