摘要 :以快速、高精度跟蹤為主要目標的位置伺服系統(tǒng)是廣泛應用于高精度位置控制的主要控制方式之一，其驅(qū)動信號為代表位置命令的脈沖信號。介紹了利用高性能數(shù)據(jù)采集卡PCL-718的脈沖計數(shù)功能、脈沖輸出功能與全數(shù)字變頻器MSD系列的脈沖位置控制功能組成的一種應用于包裝印刷傳動系統(tǒng)中的高精度位置控制系統(tǒng)，并實現(xiàn)了硬件與軟件的開發(fā)。 關鍵詞：包裝印刷傳動 工控機 變頻調(diào) 速位置控制系統(tǒng) Abstract:Position servo system which has high accuracy and possessed speed tracing performance is one kind of control system that has been widely applied with high accuracy position control, its driving signal is pulse which presents position. In the paper we put forward to combine the pulse counting function and pulse output function of the date sampling card PCL-718 with pulse position controlling function of the digital variable frequency controller MSD0421A to form the high accurate position servo system, which is applied by driving of binding and printing. Also, the hardware and software for the control ways is developed. Keywords:driving of binding and printing industrial compute speed regulating transducer position controlling system. 1 引言 包裝印刷傳動控制系統(tǒng)在我國應用較廣的是微機控制方式，這種控制系統(tǒng)具有體積小、可靠性高、經(jīng)濟性好等優(yōu)點，但也存在干擾大、開機時校對難的缺點。而全數(shù)字化交一直一交變頻伺服驅(qū)動器MSD0421A有脈沖位置控制功能，它利用脈沖的個數(shù)代表位置的大小，因此具有控制精度高、響應速度快、抗干擾性強的特點，將它作為執(zhí)行機構(gòu)與智能數(shù)據(jù)采集卡PCL-718一起形成閉環(huán)位置控制器應用于包裝線上有非常重要的意義。它可解決包裝印刷上靠人工進行初始定位難，定位誤差大，動態(tài)調(diào)節(jié)慢，傳動中易錯位，套色較困難等許多問題。 2 包裝印刷自動套色原理 套印出現(xiàn)誤差有諸多原因，例如導輥和壓輥的平行度轉(zhuǎn)動不靈活、運動平衡不良、張力的波動、印料厚薄不均、印料熱變形及印版輥的直徑誤差等，這種套印偏差在性質(zhì)上是連續(xù)變化的，而差量也不是定量。所以必須不斷地監(jiān)視套印誤差并及時加以修正，人工套色時通常由印刷工肉眼觀察套印誤差，憑經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)修正輥的移動來補償套印誤差，因而大大限制了印刷速度及套色精度，而采用自動套色系統(tǒng)則可以提高印刷速度和套色精度，是完全必要的。圖 1 為 凹版印刷機生產(chǎn)線的印刷過程簡圖（僅畫出前面4個印刷單元）。印刷機由開卷機運行依次經(jīng)過各印刷單元，進行各色的印刷和烘干，由收卷機進行收卷。每色印刷都會在印料的邊緣印上以供套色用的色標，該色標線長10 mm，寬1mm，每個相鄰顏色的標志線在套印精確時應相互平行，垂直（縱向）相距20 mm。系統(tǒng)中色標距離的檢測是通過色標傳感器檢測。圖1中，光電掃描頭S,檢測由1單元和2單元印出的色標。如果相鄰兩色標間隙不等于20 mm，則說明套印出現(xiàn)了偏差，偏差經(jīng)微處理器進行運算，輸出控制信號驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，使相應的套色修正輥ML上下移動來延長或縮短印料上一單元印刷版輥到該單元印刷版輥的行程來動態(tài)修正。各單元印刷套色以前一單元印出的色標為基礎。 3 MINAS系列全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的特點、操作 3.1 系統(tǒng)的特點 我們使用日本松下變頻器是數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，采用了專用的數(shù)字信號處理器（DSP芯片），硬件標準化，通用化，是一個多微處理器全數(shù)字化的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件中有操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)視、診斷及標準功能模塊子程序等。在應用中采用圖形編程語言，根據(jù)不同的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，把系統(tǒng)所需要的模塊調(diào)出并組接起來，構(gòu)成一個專用的傳動系統(tǒng)。實際上它是一種實時控制系統(tǒng)的可編程控制器，由于微處理器作為控制系統(tǒng)的核心部件，不僅可以按照各種控制思想及數(shù)學模型進行在線地快速計算與控制，而且還有監(jiān)視、顯示、保護、故障自診斷及自復原等功能。 MSD全數(shù)字式變頻器功能強大，適用于高性能位置控制器，它有38個參數(shù)設置，6種控制方式，其中脈沖串位置控制最為獨特。因為它使用一定頻率的脈沖信號作為代表位置命令的輸人信號，在復雜的工作現(xiàn)場中，它比模擬速度輸人信號精度高，抗干擾能力強。 3.2 脈沖串位置控制誤差的操作 1） 在 沒有加主電源之前，先加DC 12-24V電壓。 2）加主電源到驅(qū)動器。 3） 當SERVO一ON時，電機處于待運行狀態(tài)。 4） 在位置控制方式時，使偏差計數(shù)器零信號CL釋放，使脈沖指令禁止信號INH釋放，電機就處于SERVO-LOCK狀態(tài)。 5）置參數(shù)NO.02 為零，此方式是位置（脈沖串）控制方式。 6）設置參數(shù)NO.2 9為參數(shù)值，電機轉(zhuǎn)速正比于輸人脈沖頻率f X P25/P26 X P27 = 2 500 X 4Xn/60，指令脈沖輸人方式選擇如表1所示。 表1中 ，640” 或“2”時選擇A,B兩相相差900輸人，"1”時選擇CW 方向指令脈沖或CCW方向指令脈沖，"3”時選擇脈沖串指令輸人及符號輸人。 4 數(shù)據(jù)采集卡PCL-718 PCL- 718多功能模人模出接口卡具有適用范圍廣、功能齊全、性能價格比高的特點。適用于符合ISA總線標準的IBM-PC/XT/386/486/586系列的原裝機及其兼容機?？蓮V泛應用于工業(yè)過程控制系統(tǒng)以及實驗室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 PCL- 718具有安裝方便，程序編制簡單，抗干擾能力強的特點。用戶可根據(jù)需要選擇不同的輸人方式。在本系統(tǒng)中我們應用的是該卡的脈沖計數(shù)功能和脈沖輸出功能。PCL-718內(nèi)有16位的可編程計數(shù)器8253，使用時只要將外部脈沖信號接到。通道即可。然后調(diào)用內(nèi)部參數(shù)和功能就可進行脈沖計數(shù)與脈沖輸出。 5 套色自動化系統(tǒng)簡介與方案設計 本系統(tǒng)由1臺PC機，PCL-718數(shù)據(jù)采集卡，MSD變頻伺服系統(tǒng)組成控制核心，MSD的控制方式為脈沖串位置控制方式。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。 控制原理:整個傳動系統(tǒng)由最初軸頭上安裝1臺旋轉(zhuǎn)編碼器，隨著傳動系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，編碼器發(fā)出連續(xù)的脈沖信號，即每轉(zhuǎn)n個脈沖，根據(jù)輥子周長，可換算出20 mm相當于多少個脈沖，作為工控機的輸人信號。每個色輥后裝置1臺色標傳感器，可以檢測印品上的色標，把檢測到的信號反饋到計算中，由軟件控制輸出控制量，調(diào)節(jié)色輥相對位置，消除印刷錯位。 在套色印刷中，我們采用改變印版滾筒的轉(zhuǎn)動角度以達到調(diào)整印刷位置的目的，其閉環(huán)控制如圖3所示。 圖3中 ，色標傳感器的電脈沖信號輸人到采集卡定時器的門控信號中，起動定時器對旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖信號計數(shù)，以達到測定位置的目的。執(zhí)行機構(gòu)是交流伺服系統(tǒng)，它由PCL-718卡驅(qū)動，工控機把檢測到的位置信號與內(nèi)存中預先測定好的標準值相比較得到偏差值，然后按照控制算法根據(jù)脈沖偏差計算出該發(fā)生多少個脈沖進行補償，補償脈沖由采集卡的脈沖輸出端得到。補償?shù)拿}沖數(shù)輸出到交流驅(qū)動MSM042A中，驅(qū)動器處于脈沖串位置控制方式，參數(shù)NO-29應選如表1中的“3"，此方式為脈沖串+符號。指令符號輸入端應根據(jù)控制需要分別由采集卡發(fā)出高電平或低電平以控制電機正、反轉(zhuǎn)，這時驅(qū)動器可以根據(jù)偏差的正、負值驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)一定的角度修正位置偏差。 6 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件以VB為開發(fā)語言，在編程時可直接調(diào)用PCL-718的內(nèi)部參數(shù)與功能，使用方便。系統(tǒng)的軟件包括主程序（主程序框圖見圖4）、計數(shù)子程序、集成脈沖輸出子程序。 1）主 程 序 。 2）計 數(shù) 子 程序。 ① 設 置 參數(shù)0,1,39;②調(diào)用功能37，計數(shù)器初始;③調(diào)用功能43，計數(shù)開始;④調(diào)用功能45,停止計數(shù)并讀出計數(shù)值。 3）脈沖輸出子程序。 ①設置參數(shù)0,1,39,41,42,43,44;②調(diào)用功能37，計數(shù)器初始化;③調(diào)用功能46，脈沖輸出開始;④當需要停止輸出脈沖時，調(diào)用功能47停止輸出脈沖。 操作面如圖5所示。從圖5可以看出，界面上可以顯示出脈沖總數(shù)，控制脈沖數(shù)，電機轉(zhuǎn)向，單擊自動調(diào)節(jié)整個控制系統(tǒng)就可以自動運行。在實驗中，我們用脈沖信號發(fā)生器模擬旋轉(zhuǎn)編碼器，用色標傳感器隨機檢測色標信號而發(fā)出的電脈沖信號模擬反饋信號，形成控制系統(tǒng)，效果較好。 7 結(jié)束語 本文應用全數(shù)字式高性能變頻器的特殊功能脈沖串位置控制方式，其精度高，抗干擾性強。以全數(shù)字高性能變頻交流伺服系統(tǒng)作執(zhí)行機構(gòu)，用PCL-718采集卡作驅(qū)動裝置，用工控機作開發(fā)工具，用VB設計界面，組成一個控制系統(tǒng)，并把它應用到包裝印刷傳動控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)高精度位置控制。由于PCL-718卡的驅(qū)動模塊嵌入工控機中，可以通過改變模塊靈活地實現(xiàn)各種控制算法的位置控制，以達到理想的控制精度和實時性。 參考文獻 MARLEN VARNOVITSKY A. Development and Comparative Analgsis of Pulse-width Modulation Strategy. IEEE.Trans.In d.E letron,1984. IE -31（3 ） 馬明建，周長城.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù).西安交通大學出版 社，1998