摘要 :以快速、高精度跟蹤為主要目標的位置伺服系統是廣泛應用于高精度位置控制的主要控制方式之一，其驅動信號為代表位置命令的脈沖信號。介紹了利用高性能數據采集卡PCL-718的脈沖計數功能、脈沖輸出功能與全數字變頻器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中的高精度位置控制系統，并實現了硬件與軟件的開發。 關鍵詞：包裝印刷傳動 工控機 變頻調 速位置控制系統 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在我國應用較廣的是微機控制方式，這種控制系統具有體積小、可靠性高、經濟性好等優點，但也存在干擾大、開機時校對難的缺點。而全數字化交一直一交變頻伺服驅動器MSD0421A有脈沖位置控制功能，它利用脈沖的個數代表位置的大小，因此具有控制精度高、響應速度快、抗干擾性強的特點，將它作為執行機構與智能數據采集卡PCL-718一起形成閉環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，動態調節慢，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 套印出現誤差有諸多原因，例如導輥和壓輥的平行度轉動不靈活、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上是連續變化的，而差量也不是定量。所以必須不斷地監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，憑經驗手動調節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，則說明套印出現了偏差，偏差經微處理器進行運算，輸出控制信號驅動執行機構，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系列全數字式交流伺服系統的特點、操作 3.1 系統的特點 我們使用日本松下變頻器是數字調速系統，采用了專用的數字信號處理器（DSP芯片），硬件標準化，通用化，是一個多微處理器全數字化的閉環控制系統。系統軟件中有操作系統、數據傳輸、監視、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，根據不同的傳動系統結構，把系統所需要的模塊調出并組接起來，構成一個專用的傳動系統。實際上它是一種實時控制系統的可編程控制器，由于微處理器作為控制系統的核心部件，不僅可以按照各種控制思想及數學模型進行在線地快速計算與控制，而且還有監視、顯示、保護、故障自診斷及自復原等功能。 MSD全數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）加主電源到驅動器。 3） 當SERVO一ON時，電機處于待運行狀態。 4） 在位置控制方式時，使偏差計數器零信號CL釋放，使脈沖指令禁止信號INH釋放，電機就處于SERVO-LOCK狀態。 5）置參數NO.02 為零，此方式是位置（脈沖串）控制方式。 6）設置參數NO.2 9為參數值，電機轉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 數據采集卡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泛應用于工業過程控制系統以及實驗室數據采集系統。 PCL- 718具有安裝方便，程序編制簡單，抗干擾能力強的特點。用戶可根據需要選擇不同的輸人方式。在本系統中我們應用的是該卡的脈沖計數功能和脈沖輸出功能。PCL-718內有16位的可編程計數器8253，使用時只要將外部脈沖信號接到。通道即可。然后調用內部參數和功能就可進行脈沖計數與脈沖輸出。 5 套色自動化系統簡介與方案設計 本系統由1臺PC機，PCL-718數據采集卡，MSD變頻伺服系統組成控制核心，MSD的控制方式為脈沖串位置控制方式。其結構如圖2所示。 控制原理:整個傳動系統由最初軸頭上安裝1臺旋轉編碼器，隨著傳動系統的運轉，編碼器發出連續的脈沖信號，即每轉n個脈沖，根據輥子周長，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，調節色輥相對位置，消除印刷錯位。 在套色印刷中，我們采用改變印版滾筒的轉動角度以達到調整印刷位置的目的，其閉環控制如圖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，起動定時器對旋轉編碼器發出的脈沖信號計數，以達到測定位置的目的。執行機構是交流伺服系統，它由PCL-718卡驅動，工控機把檢測到的位置信號與內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脈沖偏差計算出該發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。補償的脈沖數輸出到交流驅動MSM042A中，驅動器處于脈沖串位置控制方式，參數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控制需要分別由采集卡發出高電平或低電平以控制電機正、反轉，這時驅動器可以根據偏差的正、負值驅動電機正轉或反轉一定的角度修正位置偏差。 6 系統軟件設計 系統軟件以VB為開發語言，在編程時可直接調用PCL-718的內部參數與功能，使用方便。系統的軟件包括主程序（主程序框圖見圖4）、計數子程序、集成脈沖輸出子程序。 1）主 程 序 。 2）計 數 子 程序。 ① 設 置 參數0,1,39;②調用功能37，計數器初始;③調用功能43，計數開始;④調用功能45,停止計數并讀出計數值。 3）脈沖輸出子程序。 ①設置參數0,1,39,41,42,43,44;②調用功能37，計數器初始化;③調用功能46，脈沖輸出開始;④當需要停止輸出脈沖時，調用功能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，控制脈沖數，電機轉向，單擊自動調節整個控制系統就可以自動運行。在實驗中，我們用脈沖信號發生器模擬旋轉編碼器，用色標傳感器隨機檢測色標信號而發出的電脈沖信號模擬反饋信號，形成控制系統，效果較好。 7 結束語 本文應用全數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。以全數字高性能變頻交流伺服系統作執行機構，用PCL-718采集卡作驅動裝置，用工控機作開發工具，用VB設計界面，組成一個控制系統，并把它應用到包裝印刷傳動控制系統中，實現高精度位置控制。由于PCL-718卡的驅動模塊嵌入工控機中，可以通過改變模塊靈活地實現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.數據采集與處理技術.西安交通大學出版 社，1998