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(kāi)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。

    1.印刷機

    印刷機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，卷筒紙印刷機。印刷機的種類(lèi)繁多， 用途各異，其組成也各不相同， 主要部件有：傳動(dòng)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。

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

    2. 凹版印刷機

    凹版印刷機主要由給紙裝置(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(gè)機組組成，紙張依次通過(guò)各個(gè)機組，完成不同顏色的印制。干燥裝置位于各個(gè)印刷機組之間，可以采用紅外線(xiàn)干燥、蒸氣干燥以及空氣干燥等，油墨干燥的速度應與印刷速度相匹配。 

    凹版印刷印版的印刷部分低于空白部分,印刷時(shí)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的承印物，施以較大的壓力，使版面上印刷部分的油墨轉移到承印物上，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(shí)間較長(cháng)；3. 耐印率高達幾百萬(wàn)，適合大批量印刷；4.整體機器造價(jià)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)域不斷擴展著(zhù)市場(chǎng)份額。傳統意義上，凹印機適用于印量超過(guò)60，000份的生產(chǎn)作業(yè)，但是由于自動(dòng)化程度的提高和滾筒準備時(shí)間的縮短，所以，凹印機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用，歐洲企業(yè)近幾年制造的高檔印刷機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(jià)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著(zhù)絕對的市場(chǎng)份額，并逐漸地奪回了柔?。ㄖ饕母偁帉κ郑┰?jīng)奪走的市場(chǎng)。

    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)展潛力。據統計，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，出現百萬(wàn)的出版發(fā)行數量還是比較普遍的。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)寬幅凹印機的方式，幅寬通常在4米以上。同時(shí)，這也一定程度上提升了企業(yè)的競爭力，促進(jìn)了集團化的發(fā)展。Arvato公司位于德國紐倫堡的Maubelser凹印廠(chǎng)已購買(mǎi)了兩臺幅寬達4.32米的KBA凹印機（運用西門(mén)子伺服控制系統），成為世界上首家采用4米寬以上的凹印機印刷目錄冊和雜志的凹印企業(yè)。目前這兩臺凹印機已投入正式生產(chǎn)。

    3. 無(wú)軸技術(shù)在凹印機中的應用

    隨著(zhù)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(wú)軸傳動(dòng)凹印機。所謂無(wú)軸傳動(dòng)，又稱(chēng)電子軸，就是把機械傳動(dòng)改為電子傳動(dòng)，通過(guò)運算直接輸入，由單獨的伺服電機驅動(dòng)各個(gè)軸，省掉了原來(lái)有形的機械軸。無(wú)軸傳動(dòng)相比于有軸傳統傳動(dòng)所帶來(lái)的好處有：

    料帶路徑縮短。由于省掉了套準補償輥機構，過(guò)渡輥的數量也可減少，印刷副之間的距離縮小。因此材料運行狀態(tài)會(huì )更好，從而也提高了套準精度、并降低了廢品率。

    套準控制的反應更快。因為套準控制信號直接作用于獨立伺服電機，通過(guò)伺服電機來(lái)調節。印版滾筒的相位，比機械傳動(dòng)凹印機套準系統響應更快，便于提高套準精度、降低廢品率。

    印刷機調整和維護更方便。因為不采用機械主軸，因此操作者和維修人員更容易接近機器各部位，并且機械維護成本也得到降低。 

    消除了齒輪副傳遞力矩，機器總體噪音較低、能耗較低、效率較高。 

    緊急停車(chē)更容易，因為系統的制動(dòng)靠各伺服電機完成， 使制動(dòng)更容易。

    各個(gè)色組分別操作更方便。

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

    但無(wú)軸技術(shù)又在實(shí)際應用時(shí)帶來(lái)了很大的技術(shù)難度：

    紙張在印刷中收縮嚴重。由于受外界溫度、濕度的影響，加上印刷車(chē)間溫、濕度控制不當，對紙張干濕性產(chǎn)生一定影響。印刷時(shí)，各色組烘干箱溫度設置過(guò)高，紙張嚴重收縮，各色組套印識標產(chǎn)生不同程度偏差、跳動(dòng)，這就要求伺服驅動(dòng)器能快速響應，及時(shí)做出調整，來(lái)彌補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(dòng)套準系統傳遞信號量與伺服驅動(dòng)器調節量不協(xié)調，造成套印不準自動(dòng)套準跟蹤系統是印刷套準的“神經(jīng)中柢”，它把來(lái)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(dòng)調整套印偏差。但往往由于套準系統與伺服驅動(dòng)器不協(xié)調,系統不能及時(shí)糾正套印偏差，印品出現套印不準現象。

    送紙張力設置不當或張力不穩

    凹印機色組較多，走紙距離長(cháng)，為確保輸紙穩定，一般在入紙口和出紙口設置了一套牽引驅動(dòng)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(cháng)或縮短引起的，在容許范圍內控制一定的伸長(cháng)量，張力控制是最有效的。根據紙張的不同特性（如紙張厚、??；干、濕度；環(huán)境溫度、濕度等）而設置張力大小，如果張力參數設置不當，或張力不穩，將會(huì )使印刷色相十字識標不能保持在有效范轉內，印品出現偏差。第二部分是從收料牽引輥到收料后各部，應注意對收料卷松緊、齊整、可靠等因素進(jìn)行張力控制。

    伺服電機與版軸之間非硬性連接

    國內凹印機一般的上版方式為氣頂上版，從而使版軸與伺服電機之間的連接只能通過(guò)齒輪皮帶，此連接屬于軟性連接。將導致印版滾筒在高速動(dòng)態(tài)運轉時(shí)可能出現前后移動(dòng)，造成套印不準。這就需要伺服電機有更高的動(dòng)態(tài)響應及極強的抗干擾功能。

      二．控制系統簡(jiǎn)介

      1.  西門(mén)子伺服技術(shù)在凹印機領(lǐng)域的技術(shù)應用

    西門(mén)子公司和Expert工業(yè)集團共同研發(fā)的ExperPAC4000 型全無(wú)軸薄膜凹印機

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

    在中國，西門(mén)子公司也在積極地尋找當地合作伙伴一同開(kāi)發(fā)全無(wú)軸凹印機，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，應用西門(mén)子電子軸解決方案的松德SAY31000D凹版印刷機成功地參加了在上海舉辦的全印展。這臺電子軸凹印機是國內首臺真正意義上運用世界先進(jìn)技術(shù)的電子軸凹印機。當之無(wú)愧地成為整個(gè)展覽會(huì )最大的亮點(diǎn)。她的成功，既展示了西門(mén)子運動(dòng)控制產(chǎn)品和解決方案在電子軸凹印機上的強大優(yōu)勢，又昭示著(zhù)西門(mén)子在國內高端印刷機械解決方案應用上取得了一個(gè)里程碑式的巨大突破。

    2.  西門(mén)子伺服控制系統介紹

    西門(mén)子用于此電子軸凹印機印刷單元的伺服驅動(dòng)器為Masterdrives MC, 開(kāi)復卷為Masterdrives VC,伺服電機為1PH7 型異步伺服機。通過(guò)AFE 提供母排直流電。

    Masterdrives MC 是西門(mén)子運動(dòng)控制部及其成熟的伺服產(chǎn)品。通過(guò)其強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)行系統設計。同時(shí)，通過(guò)Mathcad驅動(dòng)優(yōu)化軟件對控制器進(jìn)行快速復利葉變換調整，可以使伺服電機達到很好的動(dòng)態(tài)及抗干擾特性。

    三．系統控制、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(xiàn)上，然后所有伺服驅動(dòng)器同時(shí)從總線(xiàn)上接收位置和速度信號，進(jìn)行位置同步運行。當然，由于輥筒直徑的不同，Masterdrives 可以通過(guò)添加電子齒輪比進(jìn)行調節。在驅動(dòng)原理上，牽引單元和印刷單元需要保持位置同步，開(kāi)復卷單元只需要進(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節。

    在與松德公司共同開(kāi)發(fā)的軟包裝凹印機上，自動(dòng)套印系統選用了奧特美系統。套印偏差量通過(guò)快速開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)傳給伺服驅動(dòng)器。伺服驅動(dòng)器帶動(dòng)電機進(jìn)行縱向調整。

    在現場(chǎng)調試過(guò)程當中，對于驅動(dòng)系統和自動(dòng)套印系統的配合，我們選擇了已經(jīng)和西門(mén)子成功合作過(guò)的奧特美公司，我們驅動(dòng)器的套印偏差信號能夠通過(guò)快速開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)從奧特美系統得到，同時(shí)，奧特美系統的套印偏差調整速度需要和我們驅動(dòng)的調節速度匹配。這一點(diǎn)需要進(jìn)行大量的測試來(lái)得到。對于自動(dòng)套印系統的選取，就目前國內的情況，還沒(méi)有一家套印企業(yè)能夠生產(chǎn)出合格的電子軸自動(dòng)套印系統。所以選擇成熟的套印設備，也是這次成功合作的關(guān)鍵。

    在現場(chǎng)調試過(guò)程當中，對料帶的張力控制好與壞也是調試成功的關(guān)鍵。張力傳感器一般設置在開(kāi)復卷和牽引單元之間以及牽引單元和印刷單元之間。對開(kāi)復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(lèi)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(dòng)滾進(jìn)行張力控制，因為料帶松緊時(shí)，張力變化很大，驅動(dòng)器很難進(jìn)行很好的控制。在選取了浮動(dòng)滾進(jìn)行張力控制后，料帶的張力得到了很好的保持。

    當然，如果伺服驅動(dòng)器的動(dòng)態(tài)性能不好，也不可能達到理想的結果。在調試當中， 我們對Masterdrives MC 進(jìn)行了動(dòng)態(tài)優(yōu)化，通過(guò)對印刷單元進(jìn)行快速付利葉變換(FFT)，和對驅動(dòng)進(jìn)行濾波處理，我們使印刷單元達到了很好的抗干擾特性。大大抑制了由于機器及外界因素對驅動(dòng)器的影響，同時(shí)也帶來(lái)了很好的印制結果。

    四．項目運行驗收

    在對系統進(jìn)行了兩個(gè)星期的短暫調試后，此凹印機已達到了很高的印刷精度和印刷速度，超出了用戶(hù)的預期，使此印刷機成為目前為止，國內最領(lǐng)先的凹印機之一。

    機器印刷速度: 300m/min

    自動(dòng)接換料速度在 250m/min

    套印精度在應刷全過(guò)程小于0.1 毫米 

                                 使用西門(mén)子公司伺服驅動(dòng)系統的松德凹印機

    五．西門(mén)子自動(dòng)化及驅動(dòng)集團運動(dòng)控制部門(mén)簡(jiǎn)介

    西門(mén)子自動(dòng)化及驅動(dòng)集團運動(dòng)控制部門(mén)是西門(mén)子公司主要部門(mén)之一，作為西門(mén)子自動(dòng)化及驅動(dòng)集團運動(dòng)控制部門(mén)產(chǎn)品之一的西門(mén)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用在各個(gè)行業(yè)。它的主要變頻器產(chǎn)品包括Masterdrives VC/MC， Simodrive, Simotion and Sinamics等。 應用于包括紡織，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(mén)子及其在國內的合資廠(chǎng)，致力于提供面向印刷機及其他機械產(chǎn)品的高性能自動(dòng)化解決方案，研發(fā)適合于中國及國際市場(chǎng)的設備技術(shù)，為印刷及其他各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供最先進(jìn)的伺服驅動(dòng)運動(dòng)控制產(chǎn)品，并通過(guò)遍布世界各主要地區西門(mén)子運動(dòng)控制部門(mén)技術(shù)應用中心為用戶(hù)提供革新化的解決方案，以及高附加值的服務(wù)。

    西門(mén)子自動(dòng)化和驅動(dòng)集團通過(guò)其全球化的服務(wù)熱線(xiàn)系統為全國各地的用戶(hù)及全球用戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)快捷的服務(wù)。西門(mén)子擁有一批高素質(zhì)的技術(shù)人員，提供全套自動(dòng)化與驅動(dòng)產(chǎn)品相關(guān)的高質(zhì)量的技術(shù)和工程服務(wù)。同時(shí)，西門(mén)子技術(shù)管理培訓中心負責為中國客戶(hù)提供完善的技術(shù)培訓，并通過(guò)在當地建立的培訓中心，進(jìn)行廣泛的技能培訓與技術(shù)轉讓。西門(mén)子在中國擁有廣泛的本地生產(chǎn)基地.西門(mén)子公司本著(zhù)真誠合作，共創(chuàng )未來(lái)的宗旨，為人類(lèi)的文明發(fā)展和世界的進(jìn)步做出應有的貢獻。