1 引言

凹版印刷機是一種使用刻有凹面圖形版樣進行套色印刷的印刷機械。印版的圖文部分凹下,而空白部分與印版滾筒的外圓在同一平面上。

凹版印刷機印刷時，印版滾筒全版面著墨，以刮墨刀將版面上空白部分的油墨刮清，留下圖文部分的油墨，然后送入印刷載體（紙、塑料薄膜等），由壓印滾筒在印刷載體的背面壓印,使凹下部分的油墨直接轉移到印刷載體上, 再經過高溫箱，使油墨固化在印刷載體上，經收卷環節把印刷載體堆積或復卷成成品。。

凹版印刷機械一般具備多種顏色、多種圖案的印刷功能。有幾種顏色套色印刷，就需要有幾種顏色的油墨和版輥，各版輥之間通過機械傳統來實現套色同步。

現代印刷對印刷效率和印刷質量的要求越來越高，因此要求印刷機械具有精密的機械設計和精確的電氣控制。

2 凹版印刷機傳動系統

凹版印刷機主要傳動系統可分為放卷部分、主電機驅動部分、收卷部分，而為避免收放卷基材偏心對張力的影響，一般在放卷后級與收卷前級各增加一套牽引機構，即放卷牽引、收卷牽引。

根據整套系統所使用的電機數目，目前行業中常用的凹版印刷機可分為：三電機系統、五電機系統、七電機系統。

三電機系統

三電機分別為放卷牽引電機、主驅動電機、收卷牽引電機，放卷采用磁粉離合器控制張力，收卷采用力矩電機或磁粉離合器，如圖1所示。

五電機系統

五電機分別為放卷電機、放卷牽引電機、主驅動電機、收卷牽引電機、收卷電機，如圖2所示。

七電機系統

在五電機系統基礎上，增加收放卷部分的自動換卷功能，即收卷分為收卷A軸與收卷B軸，放卷分為放卷A軸與放卷B軸，如圖3所示。

3 凹版印刷機張力系統

由于五電機系統與七電機系統區別僅在于自動換卷功能，而此功能在電控系統保證恒張力控制情況下，可以完全由機械設計和印刷機電腦程序邏輯控制保證實現。通常在調試七電機系統中，只需要將五電機系統調試成功，再將收卷A軸B軸、放卷A軸B軸的變頻參數設置一樣，就可以實現七電機系統的運行。因此本文為方便理解，以五電機系統為例進行說明。凹版印刷機一般根據其張力控制系統分布，也可稱為四段張力系統，四段張力分別為：放卷與放卷牽引之間的張力，放卷牽引與主電機之間的張力，主電機與收卷牽引之間的張力，收卷牽引與收卷之間的張力。在印刷加工過程中，要持續保持這四段張力的恒定。

為保持四段張力恒定，通常，主機按照生產速度要求設定運行頻率，放卷電機、放卷牽引電機、收卷牽引電機、收卷電機則需要根據主機運行頻率與各自部分的材料實際張力實時調整各自電機的運行頻率，以達到張力恒定的目的。

4 凹版印刷機對變頻器的技術要求

1）轉速精度高

對于凹版印刷機，很多材料能夠承受的表面張力很小，微小的張力的波動都有可能造成斷料。這種材料生產時需要的拉升力很小，即需要保持很小的恒定張力，因此對于變頻器，無論何種頻率控制方式（PLC控制頻率或者使用自帶張力控制功能計算頻率），都必須有很高的轉速控制精度來滿足恒定張力控制。

2）頻率指令響應快

同樣為了滿足恒定張力控制要求，在PLC控制頻率時，對于PLC給出的頻率指令，無論是通訊給定還是模擬量給定，變頻器都必須快速響應，這要求變頻器的信號接收和處理能力要強，精度要高，變頻器程序運行速度要快。

3）輸出轉矩穩定

在一些沒有張力傳感器的場合，張力的控制完全依賴于變頻器對于輸出轉矩的控制，此時，輸出轉矩的穩定就直接決定了材料張力是否穩定。

4）調速范圍廣

對于凹版印刷機，既需要低速運行調試設備；又要求高速運行提高生產效率。目前業界使用的凹版印刷機已經從早期的100m/min以下，提高至300m/min以上，從而對變頻器的調速范圍提出了更高要求，不僅要求低頻力矩特性要好，還要求轉速控制精度高。

5）對于機械設備的摩擦以及加減速過程的波動有精確補償

在實際生產中，由于存在機械設備的摩擦力和慣性，以及加減速過程的速度波動，往往對于材料張力造成影響。而作為一款具有張力控制專用功能的高性能變頻器，必須要將以上影響考慮在內，并進行精確補償，已達到無論在提速、降速、啟動還是停機過程中，均滿足恒定張力控制。

5 海浦蒙特提供的凹版印刷方案

針對目前凹版印刷機的行業應用特點，深圳市海浦蒙特科技有限公司研究開發的HD50高性能矢量控制變頻器可以提供多種解決方案，滿足不同用戶、不同印刷設備的共性需求和特色需求。以下是運用HD50高性能矢量控制變頻器實現張力控制的幾種方案。

1）PLC+變頻器方案+張力傳感器

此方案中，PLC進行張力計算，收放卷變頻器、牽引變頻器、主機變頻器均采用速度控制。PLC通過張力計算得出變頻器的運行頻率，通過模擬量或者通訊將運行頻率傳遞給變頻器。

方案優點：客戶可以根據自己的產品特點與變化進行PLC程序的開發、更改。

2）變頻器+張力傳感器

此方案中，材料張力由張力傳感器檢測，并反饋給變頻器，張力控制與卷徑計算完全由變頻器處理。

方案優點：由于目前行業內大部分凹版印刷機裝有張力傳感器，此方案可以在現有機械結構不需進行較大改動的前提下，節省PLC部分的成本。

3）變頻器轉矩控制

此方案中，可以取消張力傳感器，由變頻器進行電機轉矩檢測，從而控制張力。

方案優點：可以節省張力傳感器、PLC部分的成本，并減少整套設備故障點，便于維護。

作為一款高性能矢量控制變頻器，海浦蒙特HD50變頻器的各種方案均已在不同的客戶現場成功應用。另外，在實際使用過程中，不僅在完全滿足客戶要求，并且在產品對比中，無論是速度響應、力矩響應還是轉速精度等，均可達到甚至超越國外知名品牌，客戶均表示使用效果超過預期。

6 調試注意事項

1）由于凹版印刷機對于控制精度要求很高，因此在變頻器使用前，一定要正確輸入電機銘牌參數，并進行電機參數自整定。

2）對于使用編碼器的場合，一定要正確輸入編碼器的相關參數，包括每轉脈沖數、編碼器類型、編碼器方向等。

3）對于使用HD50內置張力控制場合，一定按照實際生產工況，輸入張力控制方式（有無張力傳感器）、目標張力、卷徑（包括初始卷徑、目標卷徑等）。

7 采用HD50矢量控制變頻器的應用案例

某印刷設備廠采用HD50高性能矢量控制變頻器實現7電機4段張力控制，該設備的最高加工速度為180m/min，設計為可以加工X種印刷材料的加工，具備不同抗拉升系數的塑料薄膜材料的加工。

1）張力方案

PLC進行張力計算，收放卷變頻器、牽引變頻器、主機變頻器均采用速度控制。PLC通過張力計算得出變頻器的運行頻率，通過通訊將運行頻率傳遞給變頻器。

2）系統框圖

3）參數設置

8 結束語

HD50作為一款內置張力控制模塊的高性能矢量控制變頻器，轉速精度高，轉速響應快，力矩控制穩，可靠性高，干擾性小，抗干擾性強；并且針對印刷行業的工藝特點，增加了豐富的張力控制功能。通過在印刷行業的實際應用驗證，深圳市海浦蒙特科技有限公司研究開發的HD50系列高性能矢量控制變頻器很好地滿足了印刷設備驅動控制的高要求，得到客戶的一致好評與認可。