系統構成

　　集成型無軸傳動控制系統的技術方案,立足于簡化機械結構和提高控制性能。

　　型號不同的機組式凹版印刷機的色組單元個數是不同的，下面以一臺10色組單元凹版印刷機的控制系統為例，來說明凹印機無軸傳動控制系統的構成。

　　如圖1所示，該系統以B&R X20系列PCC為核心（CPU選用CP1486)，與上位操作監控站（選用PP320觸摸屏作為HMI）、10套B&R ACOPOS multi伺服驅動系統和10套色標識別系統一起構成基于Ethernet POWERLINK總線星形網絡的無軸凹印機控制系統。

　　在該網絡中， PCC的CPU (CP1486) 模塊是中央處理單元，除PCC與操作監控站的通信采用以太網(TCP/IP) 以外，PCC的CPU與各伺服驅動器之間通過Ethernet POWERLINK總線和HUB實現數據通信，各伺服驅動器之間的數據通信也基于Ethernet POWERLINK。   

　　在該Ethernet POWERLINK通信網絡中，CPU (CP1486)接口的站點號為00（管理節點MN），各伺服控制器的站號依次為01到10（控制節點CN）。

 圖1  機組式凹版印刷機無軸傳動控制系統簡化原理圖

主要控制裝置和子系統

操作監控站（HMI）

　　上位操作監控站是操作人員與系統交換信息的唯一渠道，它實現系統參數讀寫、系統狀態監控、故障提示和配方管理等功能。

　　選用了一款15英寸嵌入式高檔人機界面（B&R Power Panel 300 BIOS觸摸屏），集成有Ethernet等通信接口，不僅具備人機界面通常所有的功能，同時還可以在其中裝入通用操作系統，如Windows XP、Windows CE等，因而可支持目前多種主流的圖形組態軟件，客戶可以根據自己的具體條件選擇合適的組態軟件。

X20系列PCC

　　其CPU是一款高性能的處理器，具備附加的I/O處理器和浮點處理器FPU，系統單步指令周期最快可達到0.01us，任務循環周期可短至200us。X20 CPU支持多種通信協議，RS232、Ethernet、Ethernet POWERLINK和USB等通信接口已經成為X20 PCC的標準配置。X20系列的控制器也使用B&R的Automation Studio™集成軟件平臺。

印刷版輥伺服驅動及控制系統

　　B&R全數字伺服驅動器ACOPOSmulti及伺服電機構成了版輥伺服驅動系統，是該無軸凹印機傳動控制系統的基礎。

　　ACOPOSmuti是B&R的新一代伺服驅動器，采用共用直流母線集中供電模式和背板式緊湊安裝結構。其高效的散熱結構、集中供電單元和獨特的雙軸驅動單元等技術有利于縮小多軸應用的安裝空間，共用直流母線技術有利于多軸驅動的負載均衡，加之可逆整流技術更有利于穩定直流母線的電壓，并適應更寬范圍的交流供電電壓，提高系統的功率因數，還能將多余的發電制動能量直接回饋給電網，節能效果明顯。加上Ethernet POWERLINK高速實時工業以太網技術和系統安全技術，完美地解決了集中或分布式多軸應用的高速實時同步和安全運行問題。

　　把對每一個電機回路的控制稱為對一個“軸”的控制。每個“軸”獨立驅動，其控制模式是一致的，控制框架也基本相同。由PCC實現具體的工藝控制和數據處理。然后通過Ethernet POWRELINK總線和HUB口將數據傳送到各臺用于驅動印刷版輥的伺服電機的伺服驅動器ACOPOSmulti中，伺服驅動器則根據要求對數據進行必要的分析處理，控制相應的伺服電機驅動各自的印刷版輥以實現同步控制。伺服電機的實測速度（位置）由其內置編碼器反饋給伺服驅動器的編碼器信號分析卡，再由該編碼器卡將該信號反饋給伺服驅動器，并由伺服驅動器對其控制參數進行必要的修正，形成內閉環控制。
系統的速度跟蹤當前的印刷速度，各個軸反映在相應的印刷版輥的線速度是相同的，確保了系統傳動的同步性。

　　套色時，通過光電眼將實際的套印誤差及時反映給伺服驅動器，伺服驅動器對該誤差信號快速處理并反饋給PCC，PCC則根據各個印刷單元的實際運轉情況統一處理，調整印刷版輥的相位，從而實現套色。

色標識別及處理系統

　　包括色標識別傳感器及信號處理系統，色標信號經傳感器識別及處理系統的初步處理后，輸入到ACOPOSmuti系統再進行處理運算。PCC的CPU模塊對識別的信號做高級別的算法處理后再傳輸給ACOPOSmuti伺服系統進行控制。

Ethernet POWERLINK總線技術

　　Ethernet POWERLINK是貝加萊公司的一種完全建立在工業以太網硬件的基礎上，而不依賴于其它特定硬件環境，并僅采用軟件協議來實現的具有高實時性和確定性的安全工業以太網技術。
　　POWERLINK不僅支持PCC、分布式I/O以及運動控制系統數據的循環通信，同時也支持實時網絡節點間的非同步通信。Ethernet POWERLINK采用以太網IEEE802.3u傳輸協議，數據傳輸速率為100Mbps，每個網絡最大站點（CN）數為240個。POWERLINK網絡中有周期性的和非周期性的兩種數據通信形式。

　　采用SCNM (Slot Communication Network Management，時槽通信網絡管理) 技術解決了傳統的以太網CSMA/CD通信方式為解決數據沖突而引發的數據交換的不確定性問題。

　　SCNM規定POWERLINK網絡中由管理器節點（MN）統一分配時槽給各控制器站點（CN），并依次輪詢。MN以點對點的方式向CN發出訪問請求PollRequest，CN以廣播的方式向所有站點發出響應信息PollResponse。  

　　Ethernet POWERLINK能滿足凹版印刷對數據響應速度很高的要求。

　　POWERLINK作為通信總線是透明的，不需要編寫任何的驅動程序或通信程序，這些都是集成在系統中的，只要在項目中添加相應的通信接口，并做相應的Ethernet POWERLINK通信屬性的設置（如循環周期的設置），其通信功能即可在系統中使用。

　　各色組單元需要解決同步運行問題，Ethernet POWERLINK總線為各軸電子齒輪的同步提供了實時、可靠而安全的數據通道。

單個印刷單元的伺服控制

　　每個單元配置一臺B&R的ACOPOSmulti伺服驅動器（內插AC114總線通信卡、AC120ENDAT編碼器卡、AC132色標分析卡和AC130 I/O控制卡）、一臺內置ENDAT編碼器、機械式制動器和溫度傳感器的交流同步伺服電機以及電源開關、能耗制動電阻、操作和信號電器等。

　　ACOPOSmulti伺服驅動器除引入三相AC380V電源作為控制電源外，還接入DC24V共用直流電源作為逆變電源。ENDAT編碼器的速度（位置）信號輸入至伺服驅動器的AC120ENDAT編碼器卡；色標信號經色標識別傳感器及其處理系統的初步處理，輸入到伺服驅動器的AC132色標分析卡再進行運算處理；單個印刷單元控制系統設有單動-聯動選擇、粗調-細調選擇、單獨運行操作和對版操作以及相關運行指示燈，有關輸入/輸出控制信號均接至插入伺服驅動器的AC130 I/O控制卡。

　　該伺服驅動器通過Ethernet POWERLINK總線網絡接受X20 PCC的 CPU的運動控制指令并向其傳送由編碼器反饋的位置數據和其它運行數據，伺服驅動器與伺服電機則通過ENDAT編碼器的反饋信號構成內閉環調節系統，精確地執行控制指令所規定的運動軌跡。

Automation Studio™集成軟件平臺及應用軟件開發

　　該系統使用B&R的Automation Studio集成一體化軟件平臺，該軟件平臺支持B&R的全系列控制產品，包括HMI、PCC、X20 I/O和伺服控制系統的應用軟件開發。

　　Automation Studio™ 的系統配置工具支持應用于Ethernet POWERLINK和X2X Link系統的遠程I/O模塊及其的I/O分配；控制數據、配置參數和類似的參考數據均可在應用軟件中讀取，并存貯于各類存貯設備上。

　　Automation Studio™ 的編程支持幾乎所有的標準語言，包括Automation Basic、 ANSI-C等高級語言，以及符合IEC61131-3標準的梯形圖（LAD）、指令表（IL）、結構化文本（ST）、順序功能圖（SFC）和數據模塊編輯器以及數據類型編輯器。

　　無論是簡單的邏輯和數學運算，還是通訊協議的編程和復雜的控制算法，都可作為標準的功能塊集成在Automation Studio™中，此外還可創建和管理自定義的功能塊。
使用Automation Studio™ 軟件可