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力士乐无轴传动技术全面提升瓦楞纸的印刷速度应用

———无轴传动技术全面提升瓦楞纸的印刷速度

作者：不详
供稿：Bosch Rexroth-博世力士乐中国
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发布时间：2009-11-25

无轴传动技术的优点包括：效率更高、磨损更小而且品质更卓越。这充分说明了为什么人们在瓦楞纸印刷机中开始越来越多地采用无轴单驱动器系统以提高效率。Rexroth的模块化IndraMotion for Printing解决方案简化了无轴传动技术的应用。采用无轴传动技术的用户从预先定义的功能和可升级组件中获益匪浅。

     先进的瓦楞纸印刷机最高可达到300 m/min的工作速度；在纸板进入下一工序之前，每分钟能够完成400张瓦楞纸的印刷、折边、开槽和冲切加工。如果使用无轴传动技术（模拟凸轮和凸轮轴齿轮）确保所有设备模块中的单驱动轴实现实时、精密的同步，这些可配置10个印刷、涂布及干燥工位的设备完全能够以最高运转速度持续生产高品质的产品。无轴传动（也称为无齿轮传动）设计现已逐渐取代印刷机制造业中的常规机械长轴和齿轮。机械零部件总是容易磨损。虽然积极维护可减少磨损，但却无法消除这一问题。采用机械方式进行连接的设备会逐渐降低精度，最后导致工作人员必须不断重新调节或者更换磨损的零部件。对于采用电子同步技术的印刷机而言，磨损问题已经成为过去，因为用户可通过软件来控制同步功能。

日臻完美的智能交互功能

       无轴传动技术有赖于PLC、运动控制器、智能驱动器和外围设备之间的完美交互。这些系统解决方案必须达到实时同步上百个驱动器。早在二十世纪90年代初期，Rexroth就已在其自动化技术解决方案中实现了这一性能。当时，力士乐与来自众多设备制造公司的开发人员共同定义了SERCOS接口，这是第一个国际标准化驱动接口。Rexroth正是制定该标准的发起者之一，公司还采用这种开放式通信标准推出了第一套用于印刷行业的无轴传动系统产品。自此，Rexroth已经为4,000多台各种尺寸和类型的印刷机配置了SYNAX 200自动化系统，包括20多家不同公司（例如欧洲的Bendazzoli、Celmacch和Curion，以及DingLong、DongFang和Sunrise等亚洲知名生产商）的瓦楞纸印刷机。

      随着技术的不断发展，Rexroth开发出了最新的模块化IndraMotion for Printing自动化解决方案；该方案提供全套硬件和软件组件，包括运动逻辑集成、人机界面，伺服驱动器以及智能液压/气动元件。尽管推出的产品日新月异，但Rexroth始终坚持着一个理念：致力于制定可得到其他生产商支持的开放式接口和国际软件标准。在同一个硬件平台上，使用一整套工程工具全面整合PLC、运动控制器以及机器人控制，这不仅简化了所有设备的自动化操作，而且有助于开发各种解决方案。各种专业技术功能（例如一系列套准控制功能）充分展现了公司15年来在印刷及加工行业中积累的丰富应用经验。

        IndraMotion for Printing 充分运用了SERCOS III标准的优势，实现了SERCOS可靠的实时机制与100 M/bit以太网基础物理设施的完美融合。该通用总线符合IEC标准，可与高速I/O设备直接通信，而且支持符合IEC 61508标准的安全功能 - 使用SERCOS 安全技术，达到SIL3标准（CIP Safety on SERCOS）。与所有Rexroth系统解决方案一样，IndraMotion for Printing中也包括符合IEC 61131-3标准的运行时间系统并具有PLC功能。该系统解决方案还支持所有公共现场总线和以太网协议，包括DeviceNet、EtherNet/IP、Profibus和PROFINET，可与上位控制器进行通信。这种致力于开发开放式标准的理念为众多机器制造商和用户赢得了更可观的投资回报率。

可升级性能和功能

       这种解决方案以运动逻辑集成为核心，提供了非常丰富的功能，而且这些功能已经针对印刷设备的应用进行了优化设计。系统可同步用于各种滚筒和辊子的伺服驱动器。驱动器从100 W的小型Rexroth IndraDrive Cs直至132 kW的产品，种类非常丰富。为了减少部件数量并提高传动系的刚性，越来越多的机器制造商都已开始采用直接传动技术。在进料作业中，线性马达是一种不错的选择。但现在关键技术还是在于转矩马达的应用。早在二十世纪90年代中期，Rexroth就已开始在瓦楞纸印刷机的回转冲裁机上采用这种技术。这种技术不但提高了冲裁质量，而且显著降低了传动链中的磨损。

       该系统解决方案的模块化设计和可升级组件可满足瓦楞纸印刷机制造商的特殊需求，这些制造商的产品包括上墨与涂布机、干燥机以及其他加工设备。

用于单独驱动进料机的伺服驱动器具有极高的动态性能

       为了达到每分钟400张瓦楞纸的供应速度，必须采用高精度的自动化解决方案。进料机必须以最高300 m/min的速度将底板装入印刷机并确保套准。加速度和减速度必须达到10 g量级，而只有采用智能伺服驱动器和实时控制装置的直接传动技术才具有这种等级的动态性能。虽然加速度极高，但仍然要求纸板表面在进料过程中不得损坏。

      系统解决方案中提供的电子凸轮功能可用于实现各种位置曲线。用户只需根据特定的瓦楞纸印刷机设置各种参数即可，这些参数支持连续设置各种速度和行程。基本原理如下：连接高度动态伺服驱动器的单独驱动张力辊用于驱动纸板，使其保持与机器速度同步，同时在送入第一个印刷单元时确保套准。一旦纸板的后缘通过张力辊，驱动器以最大转矩制动滚轮。这是确保进料机中旋转张力辊不损坏下一张纸板的唯一方法。生产商可使用各种机械或者电气控制的起吊设备辅助进料。

印刷单元自动化

     压印滚筒、共用压印滚筒、网纹传墨辊、网纹传墨辊交换器、动态网纹传墨辊连接及印刷单元高度调节等装置需要配置多达8根轴。根据实际工作重量，可能需要使用液压驱动器。IndraMotion for Printing解决方案提供了大量预定义功能，可帮助用户在印刷过程中实施干预和进行修正。套准控制功能可修正纸板定位误差。探边或者色标传感器可检测产品的实际位置。此后驱动和控制系统将实际位置与标称位置进行比较，然后执行自动高速修正。

      IndraMotion for Printing还可执行印刷长度修正，以补偿柔性版的印刷长度偏差。如果印刷长度过长，控制器可加速压印滚筒；反之则减速压印滚筒。该自动化解决方案可执行动态长度偏差补偿。为了减少与着墨（网纹传墨）辊之间的摩擦并降低磨损，系统可调节墨辊，使其与压印滚筒同步。高度动态的单独驱动器可对间隙中的位置误差进行补偿。在大型、重型滚筒中，配置转矩马达的直接传动子系统可提供必要的加速度和制动转矩。高刚性为良好的印刷质量提供了保障。

传动与控制：液压和电气驱动器互为补充

       除了用于工具和底座滚筒的电气伺服驱动器之外，回转冲裁机采用了不存在磨损的液压轴。这种传动技术非常适合冲裁辊执行幅度为数厘米的内部水平摆动。Rexroth电动液压轴的数字控制电子装置还可通过SERCOS接口与控制器通信。位置精度只受到所用探测系统的限制。配置可补偿液压系统特性的软件。从控制器和用户的角度来看，液压轴的特性与电气设备非常类似。Rexroth提供全套传动和控制技术。这一优势在于用户可使用同一种IndraWorks工程工具完成所有电气、电动液压和气动轴的调试、参数化和诊断操作。用户无需精通液压设备。他们可使用同样的软件设置用于其他所有系统组件的参数。

先进的安全功能

      在瓦楞纸印刷机上，一次轮班常常需要执行多次转换调整。自动化系统除了必须达到严格的安全规定之外，还必须将调整时间缩短到最低。Rexroth概念基于IndraDrive装置中的Safety on Board（机载安全）功能。这些功能不仅符合现行安全标准，而且可监控安全保持/安全工作保持、安全减速、受限增量尺寸、最大转速、安全旋转方向和其他机载功能。如果出现故障，这种方法可将反应时间缩短至2毫秒。即使操作员反应极快，在出现危险状况时也需要大约200毫秒才可将三位开关切换到应急位置。如果高速伺服电机正在工作，这种反应时间会导致无控制运动距离长达800mm。IndraDrive机载安全功能可将无控制运动距离降低到2 mm以下。安全运动功能可显著缩短印刷板的交换时间，因此还可提高设备的可用性。

       SIL3安全功能模块将IndraMotion for Printing系统控制器升级为一种安全控制器，它支持印刷和加工机自动化功能，而且无需增加安全PLC即可提供人员和机器保护。所有配置I/O设备、驱动器和控制器的标准组件和安全相关组件都可连接公用通信网络，完全不必在安全PLC与标准控制器之间，以及安全PLC与驱动器之间增加网络。可安装模块化的可升级Inline系列安全I/O设备，这些设备可用于处理安全相关外围设备的输入和输出信号。SIL3和SIL2 模块可用于各种安全应用场合。安全应用编程功能已经完全集成在IndraWorks Engineering Framework中。这种解决方案支持无缝参数化、编程和诊断功能。该工具还内置了可防止系统错误的机构，可帮助用户符合相关规定。全面的安全系统解决方案可帮助机器制造商和用户运用最先进的安全技术以符合国际标准，为操作人员和维护人员提供最大保护。

一套自动化解决方案涵盖所有加工工位

      在折边工位，旋转的折边工具可在纸板中形成折边。此后旋转开槽刀具在底部和顶部折叠板上开槽。伺服驱动器旋转一根装有一把或两把刀片的转轴。该工位需要结合纸板长度与压印滚筒实现高速同步。即使是跳跃进给，或者开槽刀轴与压印滚筒的直径不同，Rexroth的扩展开槽刀具功能仍可提供完美的解决方案。机器制造商可利用内置凸轮功能和高精度电子齿轮功能。

     在其他包含回转冲裁机、折叠机/涂胶机和进料机的工位中，机器制造商也可使用电子凸轮与速度或角度位置同步功能使运动序列与特定的印刷机完美匹配，同时还可执行动态调节。所有工位都与SERCOS III网络连接。一旦建立数据链路，即可立即执行参数化与同步功能。机器制造商可采用模块化设计，实现硬件与软件的多样性。

      这种模块化设计和对开放标准的支持特性可帮助选用IndraMotion for Printing产品的制造商针对自己的设计方案开发定制自动化解决方案。无论是静音设计还是大幅降低的维护成本，用户都能深切体会到这种先进的核心技术所带来的优势。无轴传动技术通过提高产量、改进质量并缩短维护停机时间，全面提升了瓦楞纸的印刷速度。