伺服电机与编码器选择：确保印刷机同步精度的关键因素！
在印刷机械行业中，实现多伺服电机的同步控制是至关重要的，特别是在多色印刷等特殊工艺中，需要保证高度精准的套印精度和各个电机的位置同步。传统的机械长轴同步控制方法存在振荡和维护困难等问题。为了解决这些问题，现代印刷机械采用了基于CAN现场总线的同步控制解决方案，以下将详细介绍如何实现多伺服电机同步控制。
1. 无轴传动印刷机控制系统的同步需求
印刷机通常由多个机组组成，包括给纸机组、印刷机组、张力机组、加工机组和复卷机组等。在传统的有轴传动印刷机中，通常使用机械长轴作为主要动力源，通过长轴带动各机组的传动元件来完成任务。为了满足印刷速度和套印精度的要求，各个机组之间需要保持同步运动关系。这些要求包括给纸机组和印刷机组与主轴的速度比例关系、张力机组的张力调整、加工机组的凸轮运动关系以及复卷机组的运动规律等。
为了更好地理解这些同步需求，我们可以将机械长轴视为主轴，而各印刷机组的轴则是从动轴，每个从动轴都需要与主轴保持特定的同步关系，这些关系可以表示为θ1=f1(θ)，θ2=f2(θ)，θ3=f3(θ)，其中θ表示主轴的位置转角，θ1、θ2、θ3是各从动轴的位置转角。
2. 控制系统设计
考虑到印刷机的复杂同步运动需求，可以采用现代的分布式、数字化、开放式控制系统，其中现场总线技术如CAN总线被广泛应用。以下是一些关键设计要点：
CAN总线架构：将主控制器和各伺服驱动器连接到CAN总线上，形成一个以印刷机控制器为核心的CAN现场总线系统。每个控制器和伺服驱动器都配备有CAN总线控制器和收发器，用于实现通信。
通信协议：通过CAN总线，控制器可以与各个伺服驱动器快速、实时地通信。控制器可以发送控制指令和位置给定指令，并实时获取伺服电机的状态信息。这使得各个伺服单元可以紧密跟随位置指令，而不受其他因素的干扰。
可扩展性：现场总线控制系统具有良好的可扩展性，可以根据印刷规模扩展网络节点的数量，以适应不同印刷机的需求。
3. 编码器和伺服电机的选择
在印刷系统中，选择合适的编码器和伺服电机对于实现同步控制至关重要。以下是一些关键考虑因素：
转动惯量：印刷系统中的负载转动惯量通常很大，因此需要选择能够应对这种大惯量的伺服电机。
编码器分辨率：为了满足定位精度要求，编码器的分辨率应足够高。在某些情况下，考虑到系统调整时的需求，可以选择更高分辨率的编码器。
电机转速范围：确保伺服电机的转速范围可以满足印刷机的工作要求，特别是在不同机组之间切换时。
电机的调整能力：在系统调整中，需要考虑电机的调整能力，以避免在调整过程中产生大的角加速度和转矩。
4. 时钟同步机制
在分布式的无轴传动同步控制系统中，各个印刷机组需要保持统一的时间系统，以协调它们的工作。时钟同步方法可以选择硬件时钟同步、同步报文授时同步和协议授时同步等。硬件时钟同步通常具有最高的同步精度，而协议授时同步成本较低但同步精度较低。
在具体的系统中，可以根据需求选择合适的时钟同步方法，确保各个机组之间的协调工作。
5. 上位机同步运动数据的产生
同步运动数据的产生通常由上位机负责。在印刷机系统中，上位机通常使用软PLC系统来生成同步运动数据。这些数据包括位置指令值、逻辑接口信号输入等。上位机通过连接到CAN总线的控制器将这些数据发送到伺服驱动器，以实现同步运动控制。
6. 同步接口技术协议
在CAN总线控制系统中，需要定义同步接口技术协议，以确保各个节点之间能够正确地通信和协同工作。以下是一些关于同步接口技术协议的关键信息：
总线参数设置：在系统中，需要设置CAN总线的参数，包括波特率、位传输时间等。这些参数应该在所有节点上进行一致设置，以确保通信的稳定性。
数据帧格式：定义CAN数据帧的格式，包括数据帧的长度、标识符等。通常，数据帧包括指令报文和反馈报文。指令报文用于发送位置指令值和逻辑接口信号输入，而反馈报文用于传输伺服电机的状态信息。
同步控制信号：在系统中需要定义同步控制信号线，用于传输时间同步信号和报文的基准信号线。同步控制信号的周期需要合理设置，以满足系统的要求。
通信时序：定义控制周期内的通信时序，包括控制器在同步控制信号上跳沿后发送指令报文，以及驱动器在接收到指令报文后发送反馈报文。这些时序需要确保数据的及时传输。
报文内容：明确定义报文的内容，包括位置指令值、逻辑接口信号输入等。位置指令值通常占用4个字节，而逻辑接口信号输入可以用一个字节表示。
同步控制指令：定义控制指令，包括位置控制、速度控制等。这些指令需要在控制器和伺服驱动器之间进行协商和传输。
通过定义明确的同步接口技术协议，系统的各个节点可以协同工作，确保伺服电机的同步控制。这种协议的制定和遵循对于系统的稳定性和可维护性至关重要。
7. 运动控制器伺服电机控制调试步骤
对于运动控制器和伺服电机的控制调试，以下是一些基本步骤：
初始化参数：在开始调试之前，确保控制器和伺服驱动器的参数已正确初始化。这包括选择控制方式、清零PID参数、设置使能信号等。
接线：断电后，连接控制器和伺服电机之间的信号线，包括模拟量输出线、使能信号线和编码器信号线。确保接线正确，没有错误。
试方向：打开伺服的使能信号，观察伺服电机的行为。它应该以较低的速度开始转动，这被称为零漂。使用控制器的抑制零漂功能，确保电机的转速和方向可以通过指令控制。
抑制零漂：在闭环控制系统中，抑制零漂是非常重要的。使用控制器或伺服驱动器上的参数来抑制电机的零漂，确保电机的转速趋近于零。
建立闭环控制：通过控制器，将伺服的使能信号打开，输入一个较小的比例增益，确保电机可以按照指令做出动作。这时，电机应该已经开始响应。
调整闭环参数：细调控制参数，确保电机按照控制器的指令运动。这需要根据实际情况进行调整，通常需要一些经验。
以上是实现多伺服电机同步控制的基本步骤。在调试过程中，需要不断调整参数和观察电机的响应，以确保系统稳定运行，实现精准的同步控制。同时，需要谨慎处理电机的使能信号和安全问题，以确保操作安全。
