伺服電機(jī)與編碼器選擇：確保印刷機(jī)同步精度的關(guān)鍵因素！
在印刷機(jī)械行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)多伺服電機(jī)的同步控制是至關(guān)重要的，特別是在多色印刷等特殊工藝中，需要保證高度精準(zhǔn)的套印精度和各個(gè)電機(jī)的位置同步。傳統(tǒng)的機(jī)械長軸同步控制方法存在振蕩和維護(hù)困難等問題。為了解決這些問題，現(xiàn)代印刷機(jī)械采用了基于CAN現(xiàn)場總線的同步控制解決方案，以下將詳細(xì)介紹如何實(shí)現(xiàn)多伺服電機(jī)同步控制。
1. 無軸傳動印刷機(jī)控制系統(tǒng)的同步需求
印刷機(jī)通常由多個(gè)機(jī)組組成，包括給紙機(jī)組、印刷機(jī)組、張力機(jī)組、加工機(jī)組和復(fù)卷機(jī)組等。在傳統(tǒng)的有軸傳動印刷機(jī)中，通常使用機(jī)械長軸作為主要動力源，通過長軸帶動各機(jī)組的傳動元件來完成任務(wù)。為了滿足印刷速度和套印精度的要求，各個(gè)機(jī)組之間需要保持同步運(yùn)動關(guān)系。這些要求包括給紙機(jī)組和印刷機(jī)組與主軸的速度比例關(guān)系、張力機(jī)組的張力調(diào)整、加工機(jī)組的凸輪運(yùn)動關(guān)系以及復(fù)卷機(jī)組的運(yùn)動規(guī)律等。
為了更好地理解這些同步需求，我們可以將機(jī)械長軸視為主軸，而各印刷機(jī)組的軸則是從動軸，每個(gè)從動軸都需要與主軸保持特定的同步關(guān)系，這些關(guān)系可以表示為θ1=f1(θ)，θ2=f2(θ)，θ3=f3(θ)，其中θ表示主軸的位置轉(zhuǎn)角，θ1、θ2、θ3是各從動軸的位置轉(zhuǎn)角。
2. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
考慮到印刷機(jī)的復(fù)雜同步運(yùn)動需求，可以采用現(xiàn)代的分布式、數(shù)字化、開放式控制系統(tǒng)，其中現(xiàn)場總線技術(shù)如CAN總線被廣泛應(yīng)用。以下是一些關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
CAN總線架構(gòu)：將主控制器和各伺服驅(qū)動器連接到CAN總線上，形成一個(gè)以印刷機(jī)控制器為核心的CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)。每個(gè)控制器和伺服驅(qū)動器都配備有CAN總線控制器和收發(fā)器，用于實(shí)現(xiàn)通信。
通信協(xié)議：通過CAN總線，控制器可以與各個(gè)伺服驅(qū)動器快速、實(shí)時(shí)地通信。控制器可以發(fā)送控制指令和位置給定指令，并實(shí)時(shí)獲取伺服電機(jī)的狀態(tài)信息。這使得各個(gè)伺服單元可以緊密跟隨位置指令，而不受其他因素的干擾。
可擴(kuò)展性：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，可以根據(jù)印刷規(guī)模擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，以適應(yīng)不同印刷機(jī)的需求。
3. 編碼器和伺服電機(jī)的選擇
在印刷系統(tǒng)中，選擇合適的編碼器和伺服電機(jī)對于實(shí)現(xiàn)同步控制至關(guān)重要。以下是一些關(guān)鍵考慮因素：
轉(zhuǎn)動慣量：印刷系統(tǒng)中的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量通常很大，因此需要選擇能夠應(yīng)對這種大慣量的伺服電機(jī)。
編碼器分辨率：為了滿足定位精度要求，編碼器的分辨率應(yīng)足夠高。在某些情況下，考慮到系統(tǒng)調(diào)整時(shí)的需求，可以選擇更高分辨率的編碼器。
電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍：確保伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍可以滿足印刷機(jī)的工作要求，特別是在不同機(jī)組之間切換時(shí)。
電機(jī)的調(diào)整能力：在系統(tǒng)調(diào)整中，需要考慮電機(jī)的調(diào)整能力，以避免在調(diào)整過程中產(chǎn)生大的角加速度和轉(zhuǎn)矩。
4. 時(shí)鐘同步機(jī)制
在分布式的無軸傳動同步控制系統(tǒng)中，各個(gè)印刷機(jī)組需要保持統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)它們的工作。時(shí)鐘同步方法可以選擇硬件時(shí)鐘同步、同步報(bào)文授時(shí)同步和協(xié)議授時(shí)同步等。硬件時(shí)鐘同步通常具有最高的同步精度，而協(xié)議授時(shí)同步成本較低但同步精度較低。
在具體的系統(tǒng)中，可以根據(jù)需求選擇合適的時(shí)鐘同步方法，確保各個(gè)機(jī)組之間的協(xié)調(diào)工作。
5. 上位機(jī)同步運(yùn)動數(shù)據(jù)的產(chǎn)生
同步運(yùn)動數(shù)據(jù)的產(chǎn)生通常由上位機(jī)負(fù)責(zé)。在印刷機(jī)系統(tǒng)中，上位機(jī)通常使用軟PLC系統(tǒng)來生成同步運(yùn)動數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括位置指令值、邏輯接口信號輸入等。上位機(jī)通過連接到CAN總線的控制器將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到伺服驅(qū)動器，以實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動控制。
6. 同步接口技術(shù)協(xié)議
在CAN總線控制系統(tǒng)中，需要定義同步接口技術(shù)協(xié)議，以確保各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間能夠正確地通信和協(xié)同工作。以下是一些關(guān)于同步接口技術(shù)協(xié)議的關(guān)鍵信息：
總線參數(shù)設(shè)置：在系統(tǒng)中，需要設(shè)置CAN總線的參數(shù)，包括波特率、位傳輸時(shí)間等。這些參數(shù)應(yīng)該在所有節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行一致設(shè)置，以確保通信的穩(wěn)定性。
數(shù)據(jù)幀格式：定義CAN數(shù)據(jù)幀的格式，包括數(shù)據(jù)幀的長度、標(biāo)識符等。通常，數(shù)據(jù)幀包括指令報(bào)文和反饋報(bào)文。指令報(bào)文用于發(fā)送位置指令值和邏輯接口信號輸入，而反饋報(bào)文用于傳輸伺服電機(jī)的狀態(tài)信息。
同步控制信號：在系統(tǒng)中需要定義同步控制信號線，用于傳輸時(shí)間同步信號和報(bào)文的基準(zhǔn)信號線。同步控制信號的周期需要合理設(shè)置，以滿足系統(tǒng)的要求。
通信時(shí)序：定義控制周期內(nèi)的通信時(shí)序，包括控制器在同步控制信號上跳沿后發(fā)送指令報(bào)文，以及驅(qū)動器在接收到指令報(bào)文后發(fā)送反饋報(bào)文。這些時(shí)序需要確保數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸。
報(bào)文內(nèi)容：明確定義報(bào)文的內(nèi)容，包括位置指令值、邏輯接口信號輸入等。位置指令值通常占用4個(gè)字節(jié)，而邏輯接口信號輸入可以用一個(gè)字節(jié)表示。
同步控制指令：定義控制指令，包括位置控制、速度控制等。這些指令需要在控制器和伺服驅(qū)動器之間進(jìn)行協(xié)商和傳輸。
通過定義明確的同步接口技術(shù)協(xié)議，系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以協(xié)同工作，確保伺服電機(jī)的同步控制。這種協(xié)議的制定和遵循對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護(hù)性至關(guān)重要。
7. 運(yùn)動控制器伺服電機(jī)控制調(diào)試步驟
對于運(yùn)動控制器和伺服電機(jī)的控制調(diào)試，以下是一些基本步驟：
初始化參數(shù)：在開始調(diào)試之前，確保控制器和伺服驅(qū)動器的參數(shù)已正確初始化。這包括選擇控制方式、清零PID參數(shù)、設(shè)置使能信號等。
接線：斷電后，連接控制器和伺服電機(jī)之間的信號線，包括模擬量輸出線、使能信號線和編碼器信號線。確保接線正確，沒有錯誤。
試方向：打開伺服的使能信號，觀察伺服電機(jī)的行為。它應(yīng)該以較低的速度開始轉(zhuǎn)動，這被稱為零漂。使用控制器的抑制零漂功能，確保電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向可以通過指令控制。
抑制零漂：在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，抑制零漂是非常重要的。使用控制器或伺服驅(qū)動器上的參數(shù)來抑制電機(jī)的零漂，確保電機(jī)的轉(zhuǎn)速趨近于零。
建立閉環(huán)控制：通過控制器，將伺服的使能信號打開，輸入一個(gè)較小的比例增益，確保電機(jī)可以按照指令做出動作。這時(shí)，電機(jī)應(yīng)該已經(jīng)開始響應(yīng)。
調(diào)整閉環(huán)參數(shù)：細(xì)調(diào)控制參數(shù)，確保電機(jī)按照控制器的指令運(yùn)動。這需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，通常需要一些經(jīng)驗(yàn)。
以上是實(shí)現(xiàn)多伺服電機(jī)同步控制的基本步驟。在調(diào)試過程中，需要不斷調(diào)整參數(shù)和觀察電機(jī)的響應(yīng)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的同步控制。同時(shí)，需要謹(jǐn)慎處理電機(jī)的使能信號和安全問題，以確保操作安全。
