软PLC和SERCOS技术在无轴印刷控制系统中的应用

　　随着印刷业的快速发展，胶印、柔印、凹印技术及工艺也不断发展，越来越多的胶印、柔印、凹印机应用无轴传动技术以克服传统的机械传动技术难题。如报业印刷机机器庞大，印刷机组与折页机组相距有一定的距离，柔印机，凹印机一般会连线带分切机组、上光机组、模切机组甚至折盒机组等，因这些在线机组的动力机构与印刷机组的动力机构完全不同，如果采用机械齿轮传动的方式来传递动力，由于齿轮间长时间的啮合挤压会产生变形或者磨损，从而影响传送的精确度。而采用无轴传动技术，则能使各动力机构均获得精确的速度。

　　无轴传动(Shah less)技术又称为伺服传动技术，它是以相互独立的伺服电机驱动系统代替了．原有的机械长轴传动。通过网络，程序软件形成了内部虚拟的电子轴，各电子轴通过现场总线进行高速的数据交换传输，各个版辊随虚拟的电子轴运转，保证版辊相位严格同步。应用无轴传动技术的最大优点是它能提高印刷精度，增加操作的方便性，大幅度减少废页，从而降低印刷成本，提高印刷速度。目前国内的电子轴传动系统和套准系统主要来自日本和欧洲，因此，开发国产系统将是国产无轴印刷机全面升级换代的关。

 
图1控制系统结构示意

1 系统的设计与实现

　　无轴印刷机的控制系统主要由运动控制和逻辑控制两部分组成，系统设计中需要解决的主要问题有：一是用伺服电机取代了机械长轴后，如何实现电机的高精度同步运动，以及如何实现快速套准-二是如何保证运动控制和逻辑控制的协调性和稳定性三足如何设计人机界面来实现状态的实时监控、在线修改、出错报警，报警处理等操作。

　　1.1 系统的硬件设计

　　控制系统采用国产标准工控机作为运动控制器，以德国博世力士乐公司的驱动器和伺服电机、IO模块为控制对象搭建的硬件实验平台，采用SERCOS和ProfiBus两种现场总线分别用来进行运动控制和逻辑控制。控制系统的结构示意图如图1所示。工控机作为上位机构成控制系统的核心，通过软PLC和SERCOS光缆环控制所有的伺服电机，实现对每个电机的速度控制，点动控制，连续运动控制、初始相位控制等，同样通过软PLC和ProfiBus现场总线控制开关量以及IO模块。通过编程系统中的地址设置可以方便实现IO模块的控制。

　　SERCOS运动控制总线符合开放式数控系统的国际标准，可以方便灵活的增减设备，针对印刷机来说就是可以方便的增加和去掉一个印刷机组，有利于智能数控设备的集散控制，减小调试周期，提高系统的可靠性。
 

　　1.2 控制系统的软件设计

　　本控制系统以德国3S (Smart Software Solution GmbH)公司的软PLC-CoDeSys为软件开发平台。CoDeSys软件包中的CoDeSys SP RTE是Windows平台下的软PLC，只要在计算机上安装软PLC CoDeSys SP RTE软件，那么根据PC机的功能，它就会变成一台先进的高性能的可编程逻辑控制器。它集成了逻辑控制、运动控制和可视化于一体。而且CoDeSys还提供了一种集成化的仿真功能，在没有连接被控对象的情况下，也可以对应用一程序进行测试。也就是说，用户在编写完应用程序

　　之后，可以在仿真模式环境下对应用程序进行调试和测试，待程序运行调试成功后再连接硬件进行实验，只需改变一下运行模式而不用对程序进行任何的修改。
 
　　本控制系统采用了模块化的设计思路，主要包括初始化模块、套准控制模块、张力控制模块等。系统的体系结构如图2所示。

 
图2系统体系结构图

　　(1)运动主程序设计

　　主运动程序主要有参数初始化、轴组上使能、套准调整、速度控制、操作模式选择、轴组状态处理、张力控制等模块组成，选择相应的操作模式(点动、自动、相位调整)，主程序将选择相应的处理程序运行。主程序的简图如图3所示。

 
图3主运动程序简图

　　(2)单轴简略操作界面

　　控制系统采用模块化设计，即实现的是功能的模块化封装，增加轴的控制只需要调用相应的模块即可，缩短了后继程序的开发周期。对每个单独的轴或电机主要实现的是点动、连续运动、速度控制以及精确定位运动等。其操作显示界面如图4所示。

 
图4操作显示界而模块简幽

2 结束语

　　本系统的设计采用了软PLC和SERC05运动控制总线技术，使得开发的控制系统符合开放式系统体系结构，且编程采用模块化设计思路，具有很好的开放性、可扩展性、可靠性和易维护性，最重要的是实现了印刷前的快速精确套准，有效地提高了生产效率降低了生产成本。经实践检验，本控制系统达到了预期的效果，具有十分广阔的应用前景。