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摘要：印刷机械无轴传动系统中，硬件设备的性能是同步运动的基本保障，与同步运动控制关系紧密的关键技术还有电子齿轮、电子凸轮和运动控制总线技术。电子齿轮和电子凸轮在印刷设备中的应用，使无轴传动系统实现了机械传动系统的功能。本文分析了印刷机械的无轴传动技术及驱动故障排除。
关键词：印刷机械；无轴传动技术；驱动故障排除
印刷机作为精密机械的一种，为了保证各印刷色组的同步性，对于设备的传动形式有着很高的要求。无轴传动是目前比较优良的、可以解决高精度印刷同步性的一种新的传动方式。
一、印刷机械的无轴传动技术
1.无轴传动中的硬件设备。无轴传动系统的关键在于系统控制平台的搭建和系统控制算法软件的实现。其中软件的算法和实现方式相对比较丰富，硬件平台是控制系统的基础也是系统的关键。这里主要从硬件平台的主要功能实现单元来进行硬件设备的研究。具体主要包括：运动控制器、电机驱动器和执行伺服电机。运动控制器作为虚拟的主导轴来控制各个跟随轴的同步运动，同时还具有电子齿轮、电子凸轮、过程控制、点动功能、现场总线连接和控制器链接等功能。可控轴数也是无轴传动控制器功能的重要指标，这也取决于采用的通讯总线。目前，典型的无轴控制系统的控制器是个模块化的控制器，它具有基于PC总线的插槽，本地和分散口，配有现场总线，以太网等接口，并可连接操作和显示终端，并集成了快速设备故障诊断显示窗口等。功能强大的运动控制器是系统功能实现的重要保障。电机驱动器是无轴系统硬件平台的另一个重要组成部分。驱动器的控制能力、响应时间和动态性能也决定了系统的性能，驱动器还必须具有高分辨率的反馈，快的控制响应、没有滞后误差和高的安全性，这样才能够使各个电机高精度同步运动成为可能。此外，伺服电机要具有大扭矩、高动态、刚性负载、防爆等性能和高精度绝对或增量型的位置反馈编码器。而良好的人机界面和方便易用的监控软件也是功能强大的无轴传动系统所必备的。
2.无轴传动中的电子齿轮。机械齿轮的功能是改变传动比，实现传动速度的变化。电子齿轮的作用就是用电气设备实现机械齿轮传动的功能。在无轴传动系统中，电子齿轮通过齿轮比精调来完成牵引辊的同步速度调节和印刷滚筒的相位同步调节，也作为电子凸轮前端同步速度调节。主导轴为电子齿轮提供指令参考值，电子齿轮负责定义同步速度，通过齿轮比精调来实现精密调整，以达到牵引滚筒等的线速度同步，并通过相位偏置来纠正位置偏差。无轴传动系统使用电子齿轮功能会使各个轴达到高精度的同步运动，使得变比率传动成为可能。在伺服电机的位置控制中，指令的脉冲频率决定了电机的转速，脉冲的个数决定了电机的转动量（位置）。那么电子齿轮的实现可以通过改变电机每转所需的脉冲数来实现不同齿轮比传动，电子齿轮可以任意地决定一个输入脉冲所对应电机的速度和位移量。电子齿轮既可以由控制器实现，又可以由驱动器实现。当驱动器的设置一定时，指令脉冲对应的电机转速和位移量是一定的，这时只能通过改变控制器的输出指令脉冲频率来实现电子齿轮功能，这也是最灵活的方式。当控制器的脉冲输出能力不足时，可以通过改变驱动器输入指令脉冲频率对应的电机转速和位移量来实现电子齿轮功能，这要求驱动器自身带有电子齿轮的设定功能。
3.无轴传动中的电子凸轮。凸轮机构几乎可生成任意复杂的运动形式，但主要缺点是高副点线接触，凸轮和滚轮易磨损，从而导致定位精度降低，振动和噪声加剧，加工困难，成本昂贵，缺乏柔性。电子凸轮将机械设备中凸轮机构的功能用电机及执行机构来实现，即电机模拟凸轮的运动规律，以满足从运动件对速度和位置的要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电子凸轮主要由控制器、驱动电机、执行机构和位置传感器等组成。电子凸轮可以是伺服电机直接输出转角，这种方式不需要机械凸轮机构，只要由控制器来完成所需的运动控制。电子凸轮可以克服机械凸轮的一些缺点，能增加设备的柔性。尽管如此，并不意味着凸轮机构可以被完全取代。在无轴传动系统中，独立驱动单元和主导轴之间的非线性运动关系被定义为电子凸轮。使用电子凸轮取代机械凸轮是要实现一些非线性运动，如完成不同规格产品传输辊的同步，实现旋转滚动切断等，这能增加印刷规格。旋转滚切采用这种加速--匀速--减速的变速方式，可以在保证裁切速度不变，即卷材的线速度不变时，改变裁切的位置，从而能够实现对不同印刷规格印品的裁切。这种加速--匀速--减速的运动方式正是模拟了机械凸轮的运动特点，实现在不改变机械结构的前提下改变运动规律。
二、印刷机械驱动故障的排除
近几年，随着印刷行业的快速发展，其竞争愈加激烈，各个企业均购置了无轴传动印刷机，其同步驱动系统主要是由电动机、变流器、编码器、驱动控制器、总线系统及诊断系统等构成的，虽然此其满足了生产的需求，但其存在的故障不容忽视，如果不及时排除，则会制约无轴传动技术作用的发挥，也会影响印刷机械使用的寿命，严重情况下，甚至会造成一定的经济损失。因此提出了几点排除故障的建议，具体内容如下：
1.明确驱动系统的组件构成。同步驱动系统的电动机属于标准电动机，其作为受控执行机构，主要对机械的速度、位置及转动情况等进行控制；变流器属于控制电路的执行机构，它能够转换数字控制器的控制信号，使其成为相应的转速与转矩；驱动控制器属于数字控制组件，主要控制电动机的电流、速度与位置，对于每台电动机而言，其均拥有各自的单轴控制器，在此基础上，电源装置或模块构成了完整的伺服放大器，从而保证了对电流速度及其位置的有效控制；同步驱动器主要是对信息和数据进行持续的交换，进而满足了电机驱动器的数据需求，在此基础上，对电动机的转速、位置等均实现了有效的控制，最终保证了多台电动机的同步驱动。
2.掌握驱动系统的故障成因。诊断无轴传动印刷机而言，排除其驱动故障的主要手段便是借助驱动诊断系统，以此展开初步诊断，在了解其故障成因后，分析其故障类型，如：主电机故障、通讯故障等。在实际诊断过程中，需要对相关的数据信息进行收集，具体包括电动机相关数据，如：电动机电流、电机温度、实际位置与速度等，变流器信息，如：功率单元模式、功率单元温差等，控制系统信息，如：位置、转速等，此时要考虑实际值与给定值二者的差值。
3.分析驱动系统的故障方向。通常情况下，驱动控制器分为三种，MDC、MDS、MDS-G，其中第二种可对小组内的电机进行同步控制，第三种可对整台机组的主轴提供位置与速度等信号，三者的驱动器面板布局基本一致，其最为关键的指示信号有两个，分别为正常状态与故障状态信号，当发生故障是，则会结合故障类型，显示相应的故障代码，如：144 可能为编码器问题，200可能为驱动控制器断开，43 可能为电机磁极零位。
综上所述，在印刷行业发展过程中，无轴传动印刷机作为其发展的重要方向，其优势十分显著，相信在各项对策全面落实的基础上，无轴传动技术的作用将更加显著，无轴传动印刷机械的生产效率将进一步提高，进而印刷行业将实现稳定与高效发展。
参考文献：
[1]张贵强.无轴传动技术同步控制的研究[D].沈阳：东北大学，2015.
[7]李峰.无轴传动技术在印刷机中的应用研究[D].济南：山东大学，2016.
[8]姚荣庆.虚拟样机技术及其在印刷机械行业中的应用研究[J].轻工机械，2015，25（2）：36-38.
论文作者:祃普元
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/7
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