一种基于自抗扰算法的无轴凹印机套色系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于自抗扰算法的无轴凹印机套色系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 最早将无轴传动技术引入印刷机的是意大利的赛鲁迪公司（Cerutti)，在出版凹 印机的牵引辊组、折页装置等个别单元上采用独立的马达驱动技术，后又将其应用在包装 凹印机的某些单元上，如连线冷封涂布单元、连线涂布和复合单元、连线横切机等，虽然没 有形成完整的无轴系统，但为其发展提供了宝贵的经验。
[0003] 1994年，世界上第一台无轴传动卷筒纸印刷机推出了，开启了无轴传动技术应用 在印刷机上的研究热潮，欧洲印刷机制造商近几年制造的高档印刷机95%已采用无轴传动 技术，在日本也有30%的凹印机产品采用无轴传动技术 [5][6]。目前，无轴凹印机的开发生产 已达到了相当先进的水平，主要的设备生产厂家有赛鲁迪公司、乐杜文斯公司（Rotomec)、 WM1公司等，一些通用伺服制造商如西门子、贝加莱、三菱等公司也开始进军印刷设备领 域。其中，WM1公司开发的ASTRAFLEXCCI卫星式8色包装用凹印机，最高印刷速达470m/ min;赛鲁迪公司生产的印刷设备中，95%以上采用了独立无轴传动，推出的烟标纸无轴凹 印机幅宽820m，印刷速度为200~300m/min，软包装无轴凹印机最高速度可达500m/min， 无轴凹印机的市场订单已经超过传统机械轴，达到60%;ValmentRotomee公司研制的 P0T0PAK4000-1无轴凹印机，在机器的加减速阶段都可实现快速套准，使用全自动化更换装 置，不需要任何人工干预，印刷速度最快可达650m/min。2013年5月，第八届北京国际印刷 技术展览会上，来自28个国家和地区的1326家参展商纷纷呈现了众多新型印刷机和印刷 解决方案，各种顶尖印刷设备采用先进的数字印刷技术，掀起数字印刷技术的竞争热潮。
[0004] 目前，国外软包装无轴凹印机的印刷速度达到150~450m/min，纸张无轴凹印机 的印刷速度可达800~1000m/min，而国内无轴凹印机的印刷速度一般为100~300m/min。
[0005] 国内无轴凹印机的发展较晚，起步较低。20世纪70~80年代中期，只有少数几家 生产低速卫星式凹印机，没有生产中高端凹印机的厂家。此后数十年，国产凹印机设备厂商 从引进国外中高档凹印机起步，慢慢开始自主研发生产。1992年，陕西印刷机器厂引进日本 FX-6型凹印机制造技术，是中国生产自动、半自动中高速凹印机的开端，之后于1997年生 产出首台国产机组式凹印机。20世纪90年代后，国产凹印机的制造水平快速提升，印刷速 度从120~150m/min提高到200~250m/min。2003年，中山松德有限公司推出国内首台自 主研发的高速无轴凹印机，印刷速度达300m/min，中国进入了研发生产高速凹印机的新阶 段。2003~2006年间，广泛推广无轴印刷技术，国内的凹印机设备全面升级换代，国产凹印 设备融入国际凹印技术的新潮流。2006年后，国产凹印机技术日渐成熟、性能越来越好、规 格齐全、品种丰富，由武汉华茂工业自动化公司和西安航天华阳印刷设备公司合作生产的8 色无轴柔版印刷机，最高印速度达300m/min，属国内顶尖水平。2010年，松德推出的最高印 速达400m/min的高速薄膜电子轴印刷机，套印精度为0. 1mm，产品已达国际水平。30年来， 国产凹印机取得了瞩目的成就，竞争优势越来越大，产品从国内市场转向国际市场，出口量 大幅增加。但与发达国家和地区相比，还存在一定差距，国际先进凹印设备的速度更快、智 能化水平更高、可靠性和稳定性更强，国产凹印技术的发展机遇与挑战并存。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于自抗扰算法的无轴凹印机套色系统 及其控制方法，解决现有技术的不足。
[0007] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于自抗扰算法的无轴凹印机套 色系统的控制方法，该无轴凹印机套色系统包括主控制机柜、套色控制盒、执行结构、通信 模块、监控界面；从第2色机组起，每个色机组都有误差检测机构，光电眼检测到当前色与 前一色的色标位置后，由所述套色控制盒分析得到套色误差，通过CAN总线传给工控机进 行处理；当没有套色偏差时，不需要进行纠偏控制，运动控制板将同步控制指令传给伺服驱 动器，各个伺服电机驱动印刷版辊同步运转；当出现套色偏差时，根据套色纠偏算法得到 当前控制周期的控制量，属于微调量，叠加到同步控制指令中，由伺服电机驱动印刷版辊调 整，矫正误差；各个机组套色偏差的检测、计算在独立的套色控制盒中进行，并将相应数据 和状态交给上位机处理，而横向偏差的分析和控制则由各自的套色控制盒完成。
[0008] 本发明的有益效果是：改进系统的控制算法，增强系统功能、提高印刷质量。
[0009] 本发明还公布一种基于自抗扰算法的无轴凹印机套色系统，其包括主控制机 柜、套色控制盒、执行结构、通信模块、监控界面、工控机；所述工控机的主板采用研华 IPC-610H，Intel奔腾 4CPU，3. 0G主频，10/100MD-link网卡，1G内存，使用DOS操作系统； 所述套色控制盒由DSP控制电路、CPLD辅助控制电路、电平转换电路、通信电路、误差检测 电路、10接口电路、通道号设置电路组成。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明的结构示意图；
[0011] 图2为单元套色控制盒的硬件图；
[0012] 图3为CAN通信电路图；
[0013] 图4为误差检测电路图；
[0014] 图5为CANopen协议在CAN帧中的位置图；
[0015] 图6为Modbus帧格式图；
[0016] 图 7 为ModbusTCP/IP帧格式图；
[0017] 图8为MBAP报文头图；
[0018] 图9为光电眼检测及信号输出图；
[0019] 图10为单色控制结构图；
[0020] 图11为伺服系统控制结构图
[0021] 图12为主从式同步控制结构图。
【具体实施方式】
[0022] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0023] 本发明中，电子轴套色控制系统采用集中式和分布式相结合的控制方案，每个套 色机组单元有一个独立的套色控制盒，为套色控制的子系统，能独立完成两个相邻机组的 套印，作为套色系统的下位机，工控机作为上位机，之间采用主从结构的CAN总线通信，工 控机通过插槽上的CAN卡接入CAN总线，套色盒下位机则通过CAN收发器连入CAN总线，形 成分布式控制方式。同时，工控机对所有套色控制盒进行集中控制，实现套色纠偏算法，统 一管理套色偏差的纠偏过程，协调各个套色控制盒的控制作用。整个控制系统主要由主控 制机柜、套色控制盒、执行结构、通信模块、监控界面等构成，以8色机组为例，总体设计结 构图如图1所示。
[0024] 系统的控制流程如下：从第2色起，每个机组都有误差检测机构，光电眼检测到当 前色与前一色的色标位置后，由套色控制盒分析得到套色误差，通过CAN总线传给工控机 进行处理。当没有套色偏差时，不需要进行纠偏控制，运动控制板将同步控制指令传给伺服 驱动器，各个伺服电机驱动印刷版辊同步运转；当出现套色偏差时，根据套色纠偏算法得到 当前控制周期的控制量，属于微调量，叠加到同步控制指令中，由伺服电机驱动印刷版辊调 整，矫正误差。各个机组套色偏差的检测、计算在独立的套色控制盒中进行，并将相应数据 和状态交给上位机处理。而横向偏差的分析和控制则由各自的套色控制盒完成。每个套色 控制盒都配有人机界面，采用485通讯，用于监控本机组的运行状态和设置相应参数。上位 机的监控人机界面与工控机之间采用以太网通信，可以监控系统的运行状态，也可以设置 或保存参数，进行相应的控制和分析。
[0025] 工控机主板
[0026] 工控机主板采用