印刷无轴传动

　　任何机械运动都离不开动力，而印刷机动力需要具备以下条件:持续稳定性；满足印刷操作要求，具备连续调速的特性。

　　在印刷机引进无轴传动以前，报纸印刷机经历了两代电动调速控制。20世纪70年代以前，报纸印刷机广泛采用的滑环式交流电动机提供动力，这种控制技术可称为报纸印刷机的第一代电动调速拖动控制。20世纪70年代以后，随着直流调速技术的进步，直流调速和滑差电机调速在印刷机中得到广泛的采用，这种控制技术可称为报纸印刷机的第二代电动调速拖动控制。1992年力士乐研制出第一套用于印刷机驱动的无轴传动系统SYNAX，随后十年，无轴调速已经取代了其它报纸印刷机的调速控制。

　　第一部份 无轴传动概述
　　
　　无轴传动技术已逐渐成为印刷机技术的新概念。突破机械界限，无轴传动为印刷机设计和印刷机制造带来升级和突破。印刷机无轴传动技术，是以1992年力士乐研制的第一套用于印刷机驱动的无轴传动系统SYNAX为起点，发展起来的一种印刷机传动控制技术，全球已经在多家制造驱动专业制公司拥有此项技术。
　　
　　1 印刷机无轴传动的标准
　　
　　1)无轴传动通讯
无轴传动技术采用分散式智能技术，采用国际传动通讯标准SERCOS(串行实时通讯系统Serial Real time Communication System)进行设计，通过光导纤维以数字方式实时传输控制信息。每组电机采用一种可以控制40个位置的电机的分散式智能卡，分散式智能卡发出的控制信息，能灵活控制马达的运行位置。分散式智能卡光纤通讯技术把32个卡连接在一起，组成一个多达1000个位置的电机控制群。
　　
　　2)印刷机无轴传动同步
　　印刷机无轴传动由智能型数字变频器、交流电机和32位数字编码闭环反馈系统三部份组成。印刷机无轴传动同步依靠32位数字编码闭环反馈系统控制，在一秒内对交流电机的位置完成4000次的定位效正。智能型数字变频器对交流电机进行200万个单位的步进驱动，经过以太网接口的光纤数字传输的网络连接，充分满足印刷品质要求的印刷分辨率和套印精度。[next]

　　2 印刷机无轴传动给印刷控制带来的优越性
　　
　　1)印刷机驱动的分散化、模块化。实现多纸路印刷配置的驱动小型化，比如，罗兰单幅双倍径的八色塔H型印刷机，驱动电机由原来的单个电机容量≥90kW，调整为单个电机容量≤27kW，设备起动对电网的冲击降低了3倍以上；
　　
　　2)消除了机械传动带来的印刷套印误差。有资料统计，配有8个印刷装置的印刷机，存在每个机械同步的运动的各个部件的运动容差，第1印刷装置和第8印刷装置的误差往往比第1印刷装置和第2印刷装置的误差大7倍。直到机械齿轮和转轴达到连续运动状态，这种误差才有可能消除；
　　
　　3)减少印刷机开机准备时间。无轴传动技术甚至可以实现印刷装置每个色组独立驱动，整个印刷机可以由多人做印刷准备工作。比如，罗兰八色塔式印刷机采用4个电机驱动，高宝八色塔式印刷机采用8个电机驱动；
　　
　　4)印刷机控制的互换性。无轴传动技术采了国际传动通讯标准来执行信息传输功能，任何无轴传动的印刷机都没有专利限制；
　　
　　5)提供可靠的故障诊断。采用串行实时通讯系统，制造商可以把印刷机的运行标准参数制定在系统中，再采集印刷机运行参数与之比较，就可知道设备故障位置；
　　
　　6)无轴传动调节驱动辊的速度调节精度达0.01%，能精确控制印刷纸带拉纸辊速度，有效控制多纸路印刷走纸稳定性、张力均匀性、裁切一致性等，印刷过程的不确定性；
　　
　　7)应用无轴传动的定位精度，提高了自动换版的可靠性，提高了印刷套印和裁切套准的反应速度，极大地减少了废品率。[next]

　　第二部份 变频调速技术

　　印刷机实现无轴驱动与变频调速技术发展和运用休戚相关。变频调速技术应用了三相异步电机的主要特性，实现电机速度调节。
　　
　　1 三相异步电机的转速特性
　　三相异步电机的转速:n=60f/p，也就是说，三相异步电机的转速n决定于电流频率f和磁场极对数p，而制造好电动机后，磁场极对数是不能改变的。所以，三相异步电机的转速与电流频率是正比的关系，变频调速技术也就是利用此特殊的性质调节电动机输出的速度大小。

　　2 印刷机无轴驱动AC变频调速原理
　　20世纪80年代末，一种新型的场效应晶体管(IGBT)问世，变频调速的电机特性有了提高，印刷机开始引入变频驱动调速技术。三相异步电机的变频调速技术，由变频器和三相异步电机组成，广泛采用的变频形式为“交-直-交”电压型。由于“交-直-交”型容易实现恒电流控制，与印刷机恒力矩控制特性相近。印刷机变频控制采用这种“交-直-交”型控制形式。这种控制形式功率小，工业控制也叫交流伺服控制或AC控制。

　　变频器的工作分为两个过程，第一步，先将电源的三相(或单相)固定频率的交流电源经整流桥转换成直流。第二步，把直流转变成交流，这个过程叫直流“逆变”。变频调速过程就是控制直流“逆变”输出的频率，控制电机的转速。直流“逆变”过程是桥式整流的相反过程，整流电路也叫“逆变”桥电路。印刷机无轴传动的“逆变”桥电路采用场效应晶体管电路进行直流逆变，如图2。这是一种电压控制器件，控制功率小，开关频率≤20kHz的高效率开关电路，具有以下特点:电流波型更接近交流电源，控制的电机保持了更多三相电机的特性；电磁噪音小；电路简单；常见故障的自处理能力强，故障率小；变频器自身损耗小。[next]

　　3 印刷机AC变频调速控制的基本方式
　　印刷机因结构决定了负载不均匀性，而印刷适性要求运行必须平稳的，印刷质量才能稳定，达到印刷复制的效果。印刷机由直流调速驱动转为交流调速驱动是否有印刷复制效果的变化，或者，如何克服交流调速控制的不足，是我们最想了解的。使用和维修印刷机时，会注意到在无轴驱动的印刷机上，有些电机带编码器，有些电机并未带编码器，这两类电机是如何同步的，应先了解交流变频调速控制的基本方式。

　　1)矢量控制法
　　直流电机有两个互相垂直的磁场驱动电机转动，控制垂直磁场大小，实现速度控制的同时，也控制了电机的机械特性。而三相交流异步电动机只有瞬间存在垂直的磁场。交流变频调速控制基本点是对三相“逆变”桥的控制实现控制瞬间垂直磁场，提高交流变频调速驱动机械特性。这种控制瞬间垂直磁场的三相“逆变”桥的过程称为等效矢量控制法，如图3所示。等效分矢量控制法两个过程：
　　第一步，处理给定信号。变频器控制电路将给定信号假想地分解成旋转着的两个互相垂直的直流信号，分别称为磁场分量iM和转矩分量iT；模拟直流电机的两个磁场。
　　第二步，等效转换。根据电动机参数，将互相垂直的旋转着的直流磁场信号进行一系列的等效变换，把它们变换成控制三相逆变桥的控制信号iA、iB、ic。

　　2)无反馈矢量控制
　　无轴驱动印刷机常见的一类电机不带编码器，但是，并不是没有速度控制的开环控制。这类电机的同步，通过检测电机的端电压和电流，计算转子磁通和转子角速度，推算图3中磁场分量iM和转矩分量iT结合特定电动机参数进行等效变换的无反馈矢量控制。这类控制动态响应能力略差，印刷色序套印驱动电机采用这种控制，印刷机的套印会因速度变化而有细微差别。

　　3)反馈矢量控制
　　无轴驱动印刷机根据印刷适性要求，需要精确控制其速度，比如，印刷机生产速度的确定，印刷色序套印速度控制，等等。这类电机直接在电机上安装编码器，获取电机转子转速，进行等效变换，实现矢量控制，严格控制电机的转速与给定转速同步。这类控制具有较强的动态响应能力，印刷色序套印驱动电机采用这种控制，印刷机的套印不会因速度变化而变化。

[时间：2011-05-11  作者：云南日报印务中心 苏钟  来源：必胜网]