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    一． 項目介紹

    本項目目的是于廣州中山松德包裝印刷有限公司共同合作，開發出全國第一，世界領先的新一代電子軸軟包裝印刷機。

    1.印刷機

    印刷機按壓印形式可分為平壓平型，園壓平型，園壓園型。按輸紙方式可分為單張紙印刷機，卷筒紙印刷機。印刷機的種類繁多， 用途各異，其組成也各不相同， 主要部件有：傳動部件， 輸紙部件， 定位部件，傳紙部件， 印刷部件，輸墨部件， 收紙部件， 控制系統。

    根據印版的種類不同，印刷機還可分為柔版印刷機(Flexo)， 平版印刷機， 凹版印刷機(Rotogravure)和孔板印刷機。

    2. 凹版印刷機

    凹版印刷機主要由給紙裝置(放卷和進料牽引)、印刷裝置、干燥裝置、收紙裝置(收卷和收料牽引)及附屬裝置等組成。其中印刷裝置由多個機組組成，紙張依次通過各個機組，完成不同顏色的印制。干燥裝置位于各個印刷機組之間，可以采用紅外線干燥、蒸氣干燥以及空氣干燥等，油墨干燥的速度應與印刷速度相匹配。 

    凹版印刷印版的印刷部分低于空白部分,印刷時在版面涂布油墨后，用刮刀刮去平面上（即空白部分）的油墨，使油墨只保留在版面低凹的印刷部上，再在版面上放置吸墨力強的承印物，施以較大的壓力，使版面上印刷部分的油墨轉移到承印物上，獲得印刷品。凹版印刷品的圖像層次由印版表面凹槽的深淺程度決定：凹陷越深，印刷品表面留下的墨層越厚；凹陷越淺，墨層越薄。 

    凹版印刷機具有以下特點：1. 印刷色彩層次豐富；2. 由于制版是在滾筒上直接進行, 所以制版時間較長；3. 耐印率高達幾百萬，適合大批量印刷；4.整體機器造價較高。凹印作為一種主要的印刷工藝，由于其擁有較高的耐印率，極好的印刷質量和較快的印制速度，使其在印刷領域不斷擴展著市場份額。傳統意義上，凹印機適用于印量超過60，000份的生產作業，但是由于自動化程度的提高和滾筒準備時間的縮短，所以，凹印機的適用范圍也在不斷拓寬。目前，凹印這一技術在國際上得到了廣泛應用，歐洲企業近幾年制造的高檔印刷機已廣泛采用這一技術。凹版印刷主要用在紙包裝印刷；塑料軟包裝印刷；出版印刷；裝飾印刷；有價證券印刷。

    在歐洲包裝領域，基于許多品牌擁有者都在致力于印刷質量的提高，凹印在多種印刷方式中占據著絕對的市場份額，并逐漸地奪回了柔印（主要的競爭對手）曾經奪走的市場。

    在裝飾凹印領域，凹印主要用于印制墻紙，地板革以及紡織品等。

    在出版凹印領域，包括印雜志，目錄以及大量發行的郵寄廣告。凹印同樣也適用于大量發行的報紙擴充版， 

    例如在星期天發行的周報附加版。在產品目錄領域，歐洲凹印有很大的發展潛力。據統計，僅瑞士的家具零售商IKEA一家每年都要用凹印印1.5億張的產品目錄。在出版領域，出現百萬的出版發行數量還是比較普遍的。另外，在出版凹印中降低單位成本方面，歐洲的一些凹印企業則選擇了引進寬幅凹印機的方式，幅寬通常在4米以上。同時，這也一定程度上提升了企業的競爭力，促進了集團化的發展。Arvato公司位于德國紐倫堡的Maubelser凹印廠已購買了兩臺幅寬達4.32米的KBA凹印機（運用西門子伺服控制系統），成為世界上首家采用4米寬以上的凹印機印刷目錄冊和雜志的凹印企業。目前這兩臺凹印機已投入正式生產。

    3. 無軸技術在凹印機中的應用

    隨著電氣技術的不斷進步，很多印刷企業都在研發及生產無軸傳動凹印機。所謂無軸傳動，又稱電子軸，就是把機械傳動改為電子傳動，通過運算直接輸入，由單獨的伺服電機驅動各個軸，省掉了原來有形的機械軸。無軸傳動相比于有軸傳統傳動所帶來的好處有：

    料帶路徑縮短。由于省掉了套準補償輥機構，過渡輥的數量也可減少，印刷副之間的距離縮小。因此材料運行狀態會更好，從而也提高了套準精度、并降低了廢品率。

    套準控制的反應更快。因為套準控制信號直接作用于獨立伺服電機，通過伺服電機來調節。印版滾筒的相位，比機械傳動凹印機套準系統響應更快，便于提高套準精度、降低廢品率。

    印刷機調整和維護更方便。因為不采用機械主軸，因此操作者和維修人員更容易接近機器各部位，并且機械維護成本也得到降低。 

    消除了齒輪副傳遞力矩，機器總體噪音較低、能耗較低、效率較高。 

    緊急停車更容易，因為系統的制動靠各伺服電機完成， 使制動更容易。

    各個色組分別操作更方便。

    更容易增添色組 。由于不需要將機械主軸延長，因此對今后電子軸傳動的舊設備進行增加色組更方便。生產效率更高，電子軸凹印機升降速可以更快捷地實現。  

    但無軸技術又在實際應用時帶來了很大的技術難度：

    紙張在印刷中收縮嚴重。由于受外界溫度、濕度的影響，加上印刷車間溫、濕度控制不當，對紙張干濕性產生一定影響。印刷時，各色組烘干箱溫度設置過高，紙張嚴重收縮，各色組套印識標產生不同程度偏差、跳動，這就要求伺服驅動器能快速響應，及時做出調整，來彌補由于上述因素所造成的偏差，降低其對印品質量的影響。

    自動套準系統傳遞信號量與伺服驅動器調節量不協調，造成套印不準自動套準跟蹤系統是印刷套準的“神經中柢”，它把來自跟蹤電眼的光信號經電腦分析處理，把處理后的控制指令輸送到各印刷色組的伺服控制單元，進行自動調整套印偏差。但往往由于套準系統與伺服驅動器不協調,系統不能及時糾正套印偏差，印品出現套印不準現象。

    送紙張力設置不當或張力不穩

    凹印機色組較多，走紙距離長，為確保輸紙穩定，一般在入紙口和出紙口設置了一套牽引驅動器。第一部分是從給料到給料牽引輥。如果套印誤差是由于材料的伸長或縮短引起的，在容許范圍內控制一定的伸長量，張力控制是最有效的。根據紙張的不同特性（如紙張厚、薄；干、濕度；環境溫度、濕度等）而設置張力大小，如果張力參數設置不當，或張力不穩，將會使印刷色相十字識標不能保持在有效范轉內，印品出現偏差。第二部分是從收料牽引輥到收料后各部，應注意對收料卷松緊、齊整、可靠等因素進行張力控制。

    伺服電機與版軸之間非硬性連接

    國內凹印機一般的上版方式為氣頂上版，從而使版軸與伺服電機之間的連接只能通過齒輪皮帶，此連接屬于軟性連接。將導致印版滾筒在高速動態運轉時可能出現前后移動，造成套印不準。這就需要伺服電機有更高的動態響應及極強的抗干擾功能。

      二．控制系統簡介

      1.  西門子伺服技術在凹印機領域的技術應用

    西門子公司和Expert工業集團共同研發的ExperPAC4000 型全無軸薄膜凹印機

    西門子公司，作為世界上最大的電氣工程和電子公司之一。運用其先進的無軸伺服驅動技術在凹印機制造領域的電氣配套上和歐洲各著名凹印機制造商都開展了積極的合作。例如，在德國，西門子公司和高寶凹印機制造公司合作，共同研制改造用于雜志印刷的半無軸凹印機，帶有西門子伺服驅動技術的高寶凹印機已銷往英國，法國，美國，東歐以及日本。在意大利，西門子公司分別和ACOM,ROTOMEC及賽魯迪凹印機制造公司合作，共同生產全無軸凹印機，產品銷往澳大利亞、墨西哥、美國、西班牙及歐洲。在印度，西門子公司和Expert工業集團，polygragh工業集團分別合作，利用西門子伺服控制系統開發出8色全無軸薄膜凹印機，套印精度達到了0.04mm。西門子公司和Expert工業集團共同開發的ExperPAC 
4000 型全無軸薄膜凹印機還成功地參展于2004 年舉辦的DRUPA 2004 印刷展覽會。

    在中國，西門子公司也在積極地尋找當地合作伙伴一同開發全無軸凹印機，將成熟，先進的伺服控制技術引進中國，惠顧于廣大的中國印刷企業。在近期，應用西門子電子軸解決方案的松德SAY31000D凹版印刷機成功地參加了在上海舉辦的全印展。這臺電子軸凹印機是國內首臺真正意義上運用世界先進技術的電子軸凹印機。當之無愧地成為整個展覽會最大的亮點。她的成功，既展示了西門子運動控制產品和解決方案在電子軸凹印機上的強大優勢，又昭示著西門子在國內高端印刷機械解決方案應用上取得了一個里程碑式的巨大突破。

    2.  西門子伺服控制系統介紹

    西門子用于此電子軸凹印機印刷單元的伺服驅動器為Masterdrives MC, 開復卷為Masterdrives VC,伺服電機為1PH7 型異步伺服機。通過AFE 提供母排直流電。

    Masterdrives MC 是西門子運動控制部及其成熟的伺服產品。通過其強大靈活的自由功能塊及完善的伺服功能包F01, 
工程技術人員可以很靈活的進行系統設計。同時，通過Mathcad驅動優化軟件對控制器進行快速復利葉變換調整，可以使伺服電機達到很好的動態及抗干擾特性。

    三．系統控制、工藝介紹

    控制原理大致為：

    在其中一伺服器中生成一虛擬主軸， 產生的位置及速度信號傳送到SIMOLINK總線上，然后所有伺服驅動器同時從總線上接收位置和速度信號，進行位置同步運行。當然，由于輥筒直徑的不同，Masterdrives 可以通過添加電子齒輪比進行調節。在驅動原理上，牽引單元和印刷單元需要保持位置同步，開復卷單元只需要進行張力控制就行了。但牽引單元還需要把張力信號引入控制器，進行基于位置同步上的張力調節。

    在與松德公司共同開發的軟包裝凹印機上，自動套印系統選用了奧特美系統。套印偏差量通過快速開關量輸入點傳給伺服驅動器。伺服驅動器帶動電機進行縱向調整。

    在現場調試過程當中，對于驅動系統和自動套印系統的配合，我們選擇了已經和西門子成功合作過的奧特美公司，我們驅動器的套印偏差信號能夠通過快速開關量輸入點從奧特美系統得到，同時，奧特美系統的套印偏差調整速度需要和我們驅動的調節速度匹配。這一點需要進行大量的測試來得到。對于自動套印系統的選取，就目前國內的情況，還沒有一家套印企業能夠生產出合格的電子軸自動套印系統。所以選擇成熟的套印設備，也是這次成功合作的關鍵。

    在現場調試過程當中，對料帶的張力控制好與壞也是調試成功的關鍵。張力傳感器一般設置在開復卷和牽引單元之間以及牽引單元和印刷單元之間。對開復卷和牽引單元之間的張力控制，影響到卷曲取的質量。對牽引單元和印刷單元之間的張力控制，直接影響到印刷品的印刷質量。對張力傳感器類型的選擇，是影響張力控制的關鍵。在這里，我們選取了浮動滾進行張力控制，因為料帶松緊時，張力變化很大，驅動器很難進行很好的控制。在選取了浮動滾進行張力控制后，料帶的張力得到了很好的保持。

    當然，如果伺服驅動器的動態性能不好，也不可能達到理想的結果。在調試當中， 我們對Masterdrives MC 進行了動態優化，通過對印刷單元進行快速付利葉變換(FFT)，和對驅動進行濾波處理，我們使印刷單元達到了很好的抗干擾特性。大大抑制了由于機器及外界因素對驅動器的影響，同時也帶來了很好的印制結果。

    四．項目運行驗收

    在對系統進行了兩個星期的短暫調試后，此凹印機已達到了很高的印刷精度和印刷速度，超出了用戶的預期，使此印刷機成為目前為止，國內最領先的凹印機之一。

    機器印刷速度: 300m/min

    自動接換料速度在 250m/min

    套印精度在應刷全過程小于0.1 毫米 

                                 使用西門子公司伺服驅動系統的松德凹印機

    五．西門子自動化及驅動集團運動控制部門簡介

    西門子自動化及驅動集團運動控制部門是西門子公司主要部門之一，作為西門子自動化及驅動集團運動控制部門產品之一的西門子變頻器已有快四十年的發展歷史,其功率范圍廣、控制精度高已廣泛的應用在各個行業。它的主要變頻器產品包括Masterdrives VC/MC， Simodrive, Simotion and Sinamics等。 應用于包括紡織，包裝，印刷，金屬加工，塑料及橡膠，玻璃等各種輕工業領域。西門子及其在國內的合資廠，致力于提供面向印刷機及其他機械產品的高性能自動化解決方案，研發適合于中國及國際市場的設備技術，為印刷及其他各個工業領域提供最先進的伺服驅動運動控制產品，并通過遍布世界各主要地區西門子運動控制部門技術應用中心為用戶提供革新化的解決方案，以及高附加值的服務。

    西門子自動化和驅動集團通過其全球化的服務熱線系統為全國各地的用戶及全球用戶提供專業快捷的服務。西門子擁有一批高素質的技術人員，提供全套自動化與驅動產品相關的高質量的技術和工程服務。同時，西門子技術管理培訓中心負責為中國客戶提供完善的技術培訓，并通過在當地建立的培訓中心，進行廣泛的技能培訓與技術轉讓。西門子在中國擁有廣泛的本地生產基地.西門子公司本著真誠合作，共創未來的宗旨，為人類的文明發展和世界的進步做出應有的貢獻。