系統構成
集成型無(wú)軸傳動(dòng)控制系統的技術(shù)方案,立足于簡(jiǎn)化機械結構和提高控制性能。
型號不同的機組式凹版印刷機的色組單元個(gè)數是不同的，下面以一臺10色組單元凹版印刷機的控制系統為例，來(lái)說(shuō)明凹印機無(wú)軸傳動(dòng)控制系統的構成。
如圖1所示，該系統以B&R X20系列PCC為核心（CPU選用CP1486)，與上位操作監控站（選用PP320觸摸屏作為HMI）、10套B&R ACOPOS multi伺服驅動(dòng)系統和10套色標識別系統一起構成基于Ethernet POWERLINK總線(xiàn)星形網(wǎng)絡(luò )的無(wú)軸凹印機控制系統。
在該網(wǎng)絡(luò )中， PCC的CPU (CP1486) 模塊是中央處理單元，除PCC與操作監控站的通信采用以太網(wǎng)(TCP/IP) 以外，PCC的CPU與各伺服驅動(dòng)器之間通過(guò)Ethernet POWERLINK總線(xiàn)和HUB實(shí)現數據通信，各伺服驅動(dòng)器之間的數據通信也基于Ethernet POWERLINK。
在該Ethernet POWERLINK通信網(wǎng)絡(luò )中，CPU (CP1486)接口的站點(diǎn)號為00（管理節點(diǎn)MN），各伺服控制器的站號依次為01到10（控制節點(diǎn)CN）。
圖1 機組式凹版印刷機無(wú)軸傳動(dòng)控制系統簡(jiǎn)化原理圖
主要控制裝置和子系統
操作監控站（HMI）
上位操作監控站是操作人員與系統交換信息的唯一渠道，它實(shí)現系統參數讀寫(xiě)、系統狀態(tài)監控、故障提示和配方管理等功能。
選用了一款15英寸嵌入式高檔人機界面（B&R Power Panel 300 BIOS觸摸屏），集成有Ethernet等通信接口，不僅具備人機界面通常所有的功能，同時(shí)還可以在其中裝入通用操作系統，如Windows XP、Windows CE等，因而可支持目前多種主流的圖形組態(tài)軟件，客戶(hù)可以根據自己的具體條件選擇合適的組態(tài)軟件。
X20系列PCC
其CPU是一款高性能的處理器，具備附加的I/O處理器和浮點(diǎn)處理器FPU，系統單步指令周期最快可達到0.01us，任務(wù)循環(huán)周期可短至200us。X20 CPU支持多種通信協(xié)議，RS232、Ethernet、Ethernet POWERLINK和USB等通信接口已經(jīng)成為X20 PCC的標準配置。X20系列的控制器也使用B&R的Automation Studio™集成軟件平臺。
印刷版輥伺服驅動(dòng)及控制系統
B&R全數字伺服驅動(dòng)器ACOPOSmulti及伺服電機構成了版輥伺服驅動(dòng)系統，是該無(wú)軸凹印機傳動(dòng)控制系統的基礎。
ACOPOSmuti是B&R的新一代伺服驅動(dòng)器，采用共用直流母線(xiàn)集中供電模式和背板式緊湊安裝結構。其高效的散熱結構、集中供電單元和獨特的雙軸驅動(dòng)單元等技術(shù)有利于縮小多軸應用的安裝空間，共用直流母線(xiàn)技術(shù)有利于多軸驅動(dòng)的負載均衡，加之可逆整流技術(shù)更有利于穩定直流母線(xiàn)的電壓，并適應更寬范圍的交流供電電壓，提高系統的功率因數，還能將多余的發(fā)電制動(dòng)能量直接回饋給電網(wǎng)，節能效果明顯。加上Ethernet POWERLINK高速實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和系統安全技術(shù)，完美地解決了集中或分布式多軸應用的高速實(shí)時(shí)同步和安全運行問(wèn)題。
把對每一個(gè)電機回路的控制稱(chēng)為對一個(gè)“軸”的控制。每個(gè)“軸”獨立驅動(dòng)，其控制模式是一致的，控制框架也基本相同。由PCC實(shí)現具體的工藝控制和數據處理。然后通過(guò)Ethernet POWRELINK總線(xiàn)和HUB口將數據傳送到各臺用于驅動(dòng)印刷版輥的伺服電機的伺服驅動(dòng)器ACOPOSmulti中，伺服驅動(dòng)器則根據要求對數據進(jìn)行必要的分析處理，控制相應的伺服電機驅動(dòng)各自的印刷版輥以實(shí)現同步控制。伺服電機的實(shí)測速度（位置）由其內置編碼器反饋給伺服驅動(dòng)器的編碼器信號分析卡，再由該編碼器卡將該信號反饋給伺服驅動(dòng)器，并由伺服驅動(dòng)器對其控制參數進(jìn)行必要的修正，形成內閉環(huán)控制。
系統的速度跟蹤當前的印刷速度，各個(gè)軸反映在相應的印刷版輥的線(xiàn)速度是相同的，確保了系統傳動(dòng)的同步性。
套色時(shí)，通過(guò)光電眼將實(shí)際的套印誤差及時(shí)反映給伺服驅動(dòng)器，伺服驅動(dòng)器對該誤差信號快速處理并反饋給PCC，PCC則根據各個(gè)印刷單元的實(shí)際運轉情況統一處理，調整印刷版輥的相位，從而實(shí)現套色。
色標識別及處理系統
包括色標識別傳感器及信號處理系統，色標信號經(jīng)傳感器識別及處理系統的初步處理后，輸入到ACOPOSmuti系統再進(jìn)行處理運算。PCC的CPU模塊對識別的信號做高級別的算法處理后再傳輸給ACOPOSmuti伺服系統進(jìn)行控制。
Ethernet POWERLINK總線(xiàn)技術(shù)
Ethernet POWERLINK是貝加萊公司的一種完全建立在工業(yè)以太網(wǎng)硬件的基礎上，而不依賴(lài)于其它特定硬件環(huán)境，并僅采用軟件協(xié)議來(lái)實(shí)現的具有高實(shí)時(shí)性和確定性的安全工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。
POWERLINK不僅支持PCC、分布式I/O以及運動(dòng)控制系統數據的循環(huán)通信，同時(shí)也支持實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)間的非同步通信。Ethernet POWERLINK采用以太網(wǎng)IEEE802.3u傳輸協(xié)議，數據傳輸速率為100Mbps，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )最大站點(diǎn)（CN）數為240個(gè)。POWERLINK網(wǎng)絡(luò )中有周期性的和非周期性的兩種數據通信形式。
采用SCNM (Slot Communication Network Management，時(shí)槽通信網(wǎng)絡(luò )管理) 技術(shù)解決了傳統的以太網(wǎng)CSMA/CD通信方式為解決數據沖突而引發(fā)的數據交換的不確定性問(wèn)題。
SCNM規定POWERLINK網(wǎng)絡(luò )中由管理器節點(diǎn)（MN）統一分配時(shí)槽給各控制器站點(diǎn)（CN），并依次輪詢(xún)。MN以點(diǎn)對點(diǎn)的方式向CN發(fā)出訪(fǎng)問(wèn)請求PollRequest，CN以廣播的方式向所有站點(diǎn)發(fā)出響應信息PollResponse。
Ethernet POWERLINK能滿(mǎn)足凹版印刷對數據響應速度很高的要求。
POWERLINK作為通信總線(xiàn)是透明的，不需要編寫(xiě)任何的驅動(dòng)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，并做相應的Ethernet POWERLINK通信屬性的設置（如循環(huán)周期的設置），其通信功能即可在系統中使用。
各色組單元需要解決同步運行問(wèn)題，Ethernet POWERLINK總線(xiàn)為各軸電子齒輪的同步提供了實(shí)時(shí)、可靠而安全的數據通道。
單個(gè)印刷單元的伺服控制
每個(gè)單元配置一臺B&R的ACOPOSmulti伺服驅動(dòng)器（內插AC114總線(xiàn)通信卡、AC120ENDAT編碼器卡、AC132色標分析卡和AC130 I/O控制卡）、一臺內置ENDAT編碼器、機械式制動(dòng)器和溫度傳感器的交流同步伺服電機以及電源開(kāi)關(guān)、能耗制動(dòng)電阻、操作和信號電器等。
ACOPOSmulti伺服驅動(dòng)器除引入三相AC380V電源作為控制電源外，還接入DC24V共用直流電源作為逆變電源。ENDAT編碼器的速度（位置）信號輸入至伺服驅動(dòng)器的AC120ENDAT編碼器卡；色標信號經(jīng)色標識別傳感器及其處理系統的初步處理，輸入到伺服驅動(dòng)器的AC132色標分析卡再進(jìn)行運算處理；單個(gè)印刷單元控制系統設有單動(dòng)-聯(lián)動(dòng)選擇、粗調-細調選擇、單獨運行操作和對版操作以及相關(guān)運行指示燈，有關(guān)輸入/輸出控制信號均接至插入伺服驅動(dòng)器的AC130 I/O控制卡。
該伺服驅動(dòng)器通過(guò)Ethernet POWERLINK總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接受X20 PCC的 CPU的運動(dòng)控制指令并向其傳送由編碼器反饋的位置數據和其它運行數據，伺服驅動(dòng)器與伺服電機則通過(guò)ENDAT編碼器的反饋信號構成內閉環(huán)調節系統，精確地執行控制指令所規定的運動(dòng)軌跡。
Automation Studio™集成軟件平臺及應用軟件開(kāi)發(fā)
該系統使用B&R的Automation Studio集成一體化軟件平臺，該軟件平臺支持B&R的全系列控制產(chǎn)品，包括HMI、PCC、X20 I/O和伺服控制系統的應用軟件開(kāi)發(fā)。
Automation Studio™ 的系統配置工具支持應用于Ethernet POWERLINK和X2X Link系統的遠程I/O模塊及其的I/O分配；控制數據、配置參數和類(lèi)似的參考數據均可在應用軟件中讀取，并存貯于各類(lèi)存貯設備上。
Automation Studio™ 的編程支持幾乎所有的標準語(yǔ)言，包括Automation Basic、 ANSI-C等高級語(yǔ)言，以及符合IEC61131-3標準的梯形圖（LAD）、指令表（IL）、結構化文本（ST）、順序功能圖（SFC）和數據模塊編輯器以及數據類(lèi)型編輯器。
無(wú)論是簡(jiǎn)單的邏輯和數學(xué)運算，還是通訊協(xié)議的編程和復雜的控制算法，都可作為標準的功能塊集成在A(yíng)utomation Studio™中，此外還可創(chuàng )建和管理自定義的功能塊。
使用Automation Studio™ 軟件可
