要：本文以實際凹版印刷機調試為實例，介紹BWS-BBH系列伺服驅動器與伺服電機在凹版印刷機上的應用。
概述
凹版印刷是印刷工藝中的一種，它與平版印刷、凸版印刷、絲網印刷一起被稱為四大印刷方式。凹版印刷是一種直接的印刷方式，印刷版上的凹槽就是印刷文字和圖案，印刷時先在凹槽中盛滿油墨，將印刷版上多余的油墨(非印刷面上的油墨)用刮墨刀刮凈，然后通過壓印膠輥給印刷版加以適當的壓力，把油墨從印刷版凹面內擠壓到被印刷物上，而達到印刷的目的。
凹版印刷的承印物選擇多樣、印刷質量穩定性好，印刷品在層次表現上、圖像質量上都屬上乘，在歐美是將以大批量生產為目標的出版印刷作為主體而發展的，在日本則是以包裝凹印為中心而普及的。
根據使用的凹版種類和印刷方式，凹版印刷又可劃分為：手工雕刻凹版印刷、化學腐蝕凹版印刷、電子雕刻凹版印刷和間接凹版印刷四大類。凹版印刷機則可分為機組式和衛星式；單張紙凹印機和卷筒紙凹印機；單色凹印機和多色凹印機等。
凹版印刷機的結構和系統
凹版印刷機的基本結構為：給紙裝置，印刷裝置，輸墨裝置，以及收紙裝置。結構示意圖如下圖1。
圖1 印刷機結構示意圖
印刷機的控制系統非常復雜，一般來說可分為幾部分：張力控制系統，套色控制系統以及烘干系統。今天我們主要分析一下其中的張力控制系統。
張力控制系統的目的就是為了保證印刷材料的張力恒定，或者符合客戶要求。一般來說，目前市場上最常見的7電機4張力控制系統，示意圖如下圖2。
圖2 七電機張力控制系統示意圖
張力控制系統中，常用的方式有以下三種：
1.力矩電機張力控制系統
2.磁粉制動器（磁粉離合器）張力控制系統
3.伺服驅動器張力控制系統
力矩電機控制系統的優點是結構簡單，張力穩定，缺點是可調范圍窄，線性度不好，適用于張力精度要求不高的場合，例如線纜等。磁粉制動器控制系統的優點是張力穩定性好，缺點是線性度不好，可控制的卷徑范圍不大，長期工作存在發熱問題，需要配置外部散熱系統。BWS-BBH伺服驅動器控制系統的優點是張力控制穩定且系統反應快，結構簡單，速度可調范圍廣，通過特殊算法的支持，能夠很好的支持卷徑變化大的場合；通過共直流母線的方式，在持續放卷場合能夠起到一定的節能作用。隨著半導體芯片技術的發展，BWS-BBH伺服驅動器驅動技術性能得到很大的提升，但價格呈現下降的趨勢，表現出良好的性價比，得到了廣大用戶的認可。
BWS-BBH系列伺服驅動器在凹版印刷機上的實際應用案例
1．基本介紹
本案例中調試的凹版印刷機為機組式印刷機，主要用于80~400g/m2紙箱預印，煙包、紙盒等紙類印刷，印刷色組為兩色。最高線速度為100m/min，收卷最大卷徑為1500m。
由于本設備放卷張力采用張力控制器+磁粉制動+張力傳感器的方式，而收卷張力采用伺服驅動器來控制，所以設備的難點在于收卷張力的控制，張力大小要合適：張力太小，收卷時會松弛；張力太大，收卷時材料易起皺。另外，由于收卷時紙張的直徑不斷變大，如果收卷軸的轉速保持恒定，則紙張的收卷線速度會越來越大，這樣容易出現拉斷紙張的問題。
2．BWS-BBH系列伺服驅動器應用介紹
在該印刷機上，使用BWS所推出的能夠進行恒張力控制的BBH系列伺服驅動器，通過伺服驅動器對電機的控制就能夠自動實現印刷機張力恒定的目的。整個應用具有調節方便、性價比高的特點。圖3為印刷機張力控制示意圖。
圖3 印刷機張力控制示意圖
恒張力控制的計算公式為：T = ( F * D ) / ( 2 * G )
其中T為電機輸出轉矩，F為線材上張力大小，D為收/放卷輥實際大小。恒張力控制的目的就是要控制F的大小恒定，但是伺服驅動器只能控制電機的輸出轉矩T。如果知道了D，我們就可以通過控制T來達到控制F的目的。
使用BWS-BBH系列伺服驅動器就直接提供通過控制轉矩來實現恒張力控制的功能：參數8-21=4。
由于收/放卷輥的實際大小D是隨著運行時間的變化而變化的，所以D值的準確性是此方法成功的關鍵。目前通常有兩種方法可以參考：1厚度法；2線速度計算法。
厚度法的原理是建立在對材料厚度的了解情況下，電機每運轉一圈，收卷輥直徑會增加兩個材料厚度，放卷輥直徑會減小兩個材料厚度。此方法主要使用在收放卷材料厚度均勻的情況下，優點是計算出來的厚度值準確，缺點是需要使用者在伺服驅動器相關參數中輸入材料厚度信息。
線速度計算法的公式為：D = ( G * V ) / (π* n )
其中D為當前卷徑，G為機械傳動比，V為當前線速度，n為電機轉速。當前線速度可通過模擬量或者脈沖的形式采集。線速度計算法可以使用在材料厚度不均勻的場合，不需要對材料厚度值的設置，降低了對操作工的要求；缺點是計算出來的當前卷徑值會受線速度采集準確度的影響，如果線速度波動很大，則當前卷徑值也會出現很大波動。
有的卷曲控制，需要材料張力隨著卷徑增大而相應降低，以防止損傷卷軸和提高產品卷曲質量，此設備就有張力錐度的需要。
張力錐度的公式多種多樣，這里介紹其中一種：F=F0 * [1-K(1-D0/D)]
其中F實際輸出張力，F0設定張力，K張力錐度系數，D0最小卷徑，D當前卷徑。
由于此臺設備為通用設備，不同的紙質要求的張力錐度也不盡相同，所以要求使用模擬量來設定張力錐度。張力錐度示意圖見圖4。
圖4 張力錐度示意圖
3．參數設置
主牽引電機為BWS-BBH異步伺服電機（15kW、380V、29.6A、1430r/m、50Hz），牽引輥直徑為320mm，由一臺15kW的BBH系列伺服驅動器控制。此設備最高線速度為100m/min，收卷電機是一臺BWS-BBH異步伺服電機（380V、58.5A、4極、50Hz/30kW），使用一臺30KW的BWS-BBH伺服驅動器來控制，電機帶一臺512ppr編碼器，減速比為6.77：1。收卷最大卷徑1500mm。
依據對客戶提出的要求分析，決定采用厚度積分法來計算卷徑，收卷伺服驅動器采用轉矩模式控制，模擬量給定張力以及張力錐度可調。
結論
本臺設備采用廣州博瑋伺服科技BWS-BBH系列伺服驅動器控制收卷部分，較客戶之前使用的方案（張力離合器）能夠實現更大的卷徑變化（最大卷徑從1000mm能夠做到1500mm），更快的線速度（最大線速度從60m能夠做到100m），且張力穩定，調試方便，設備的價值也有了很大的提升。此方案得到了客戶的認可，客戶目前也在要求廠家將放卷部分改為BWS伺服驅動器控制方式。
