电子轴控制系统

一、案例简介

案例名称：广东汕樟轻工股份有限公司电子轴控制系统

案例描述：电子轴控制系统是针对印刷行业提出的高精度、高可靠、高智能、配置灵活、节能环保等需求，由武汉华茂公司完全自主研发的集张力控制、传动控制、套色控制、网络化信息管理和图像检测融于一体的全网络型智能控制系统。

二、案例背景

随着工业自动化水平的提高，电子轴传动技术在凹印领域已得到普遍应用。它作为传统机械轴印刷机械的替代品，在结构简化、灵活配置、高同步精度、维护方便、网络集成等各个方面均体现了强大优势。国内电子轴印刷技术起步较晚，目前电子轴印刷机多数采用价格昂贵、售后服务成本高、服务周期长的国外品牌的控制系统，一定程度上制约了国内电子轴印刷机的普及与发展。

伴随着生活消费产品种类日益丰富以及电子商务的兴起与发展，包装市场需求越来越大。这就对印刷机械的高效与高精度指标提出了更高要求。目前，国内凹版印刷机械的最高生产速度均在400米/min以下；而国外进口机械已普遍达到500米/min。高效低能、高精度、智能化是电子轴印刷机发展的必然趋势。

需求、痛点、堵点：解决制约电子轴印刷机生产效率的技术瓶颈，努力满足包装市场的迫切供求。客户对国产品牌的认可度还是没有国际品牌那么高，虽然我们的技术指标媲美他们，甚至有些指标还高过他们，需要客户改变偏见的思维模式。

三、案例介绍

武汉华茂自动化股份有限公司多年来专心研究印刷机的各种自动控制系统，在控制系统和新的现代控制理论方面积累了大量的经验，并已经有成熟的产品用于市场。具备开发功能更强、性能更高、操作更人性化、向高精尖方向发展的新型控制系统的能力。在电子轴系统研发方面，我们总结国产电子轴印刷机的不足与劣势，从机械结构以及电气控制上寻求突破，提高国产电子轴印刷机的生产效率及精度，推进电子轴控制系统的国产化进程。

电子轴控制系统是将张力控制、传动控制、套色控制、网络化信息管理和图像检测融于一体的全网络型智能控制系统，真正实现了印刷生产管理的智能化。本系统基于工控机IPC平台，利用其CPU高速而精准的数据运算性能，完成印刷生产中诸如驳接料、升降速、自动预套等各种工况的套印精度控制，并以复杂缜密的互锁控制逻辑保证系统的稳定性。

系统主要功能及特点：

1.集成Internet网络模块，可实现对印刷设备的远程维护与监控。

2.系统扩展性强，适用于凹印、柔印、涂布、复合、模切多种印刷工艺，并针对PE、OPP、PVC、PET、BOPP、铝箔、尼龙膜、肠衣膜、水松纸、纸张等各种不同的印刷材料取用相应不同的最佳控制策略。

3.与套色系统、图像检测仪的一体融合，使系统控制更加快速精确。

4.系统可兼容使用西门子、施耐德、富士、安川、三菱、松下、汇川、正弦、

台达等各种国内外品牌的伺服或变频驱动系统，以满足用户性价比需求。

5.丰富完备的配方存储功能；原先生产过的订单数据直接调取使用，无需预套，快速套准，减少废料。

6.网络接口的可视化人机操作界面，使状态监控与操作更加简明、快速和准确。

7.自动预套印功能：更换新印版后，系统自动调整各版初始套准相位，预套精度高达2mm；开机走料后可立即切换到自动套印模式生产印刷。

8.网络化图像检测功能：图像检测联入网络后，无需到生产车间，通过远程监控平台即可实时观察印刷产品质量。

9.多样化自动套色接口，以提高套色集成化水平：嵌入MODBUS、CANOPEN和TCP/IP多种网络通讯接口与协议，可与当今市场主流套色检测设备轻松对接。

10.系统套色模块的自动锁标功能，缩短手动套印调整时间，减少废料。

11.收放卷无需人工干预的全自动接料；放卷卷径的多样化自动测量。

12.支持双收双放模式；一机两用，互不干涉。

13.完善的系统自诊断、故障指示以及安全自保护机制，进一步提高系统可靠性及可操作性。

本系统可达到以下技术指标：

1.稳速自动套印精度：0.05mm

2.加减速自动套印精度：0.1mm

3.自动预套印精度2mm

4.接换料废料：<15m

5.停机再开机废料：机身穿料总长+一个色组料长

本电子轴控制系统适用于凹印、柔印、涂布、复合、模切多种印刷工艺，并针对PE、OPP、PVC、PET、BOPP、铝箔、尼龙膜、肠衣膜、水松纸、纸张等各种不同的印刷材料采用相应的最佳控制策略，控制性强，可根据用户需求灵活配置。

四、典型经验提炼

（一）具体措施和成效

首先针对各个技术要点，一一列出可行方案，并通过系统仿真与实际数据测试，验证方案优劣，最终确定最优方案；然后，基于电子轴系统功能要求，将各功能模块技术整合，形成一套完整的电子轴印刷控制系统；接着，在生产特殊要求、安全环保、安全可靠、调试维护、操作简便、性能提升等各层面，对系统内容进一步完善，并在系统投入使用后，对生产数据实地采集分析，进一步验证各技术难点是否得到充分解决，并寻求更进一步的性能提升。

具体做法：

首先总结分析与印刷机械生产效率及精度相关的各种技术因素，并逐一突破与优化，确定以下研发内容：(1)优化系统代码结构，提高CPU运算效率及电机插补精度；(2)提高套印检测(色标)传感器的测量精度；通过元器件结构的重组优化，满足高速扫描要求；(3)结合机械传送结构及高低速材料张力变化特性，计算修正牵引导辊的摩擦系数；(4)套印算法的升级：针对接换料与升降速等过程废品率高的问题，引入最新的智能控制理论与辨识仿真手段，大幅减少印刷废品，提高套印速度与精度；(5)优化收放卷材料驳接动作逻辑，减小高速材料驳接的张力及套印波动；(6)提高系统稳定性及故障诊断评估，加强系统运行状态数据的实时监控，自我修复故障隐患，保证设备的高速无故障运行；(7)完善系统的远程监控功能:设备运行信息实时推送给生产管理系统；实现设备的全方位管理监控;(8)提高烘箱干燥效率；辨识材料温变张力特性，优化套印控制模型

随后按照以下技术路线执行：组建项目研发小组，基于相关技术难点，通过文献查阅、技术探讨，采用最行之有效的控制理论与算法，设计与实现最优方案，并通过反复实验仿真及实际测试，采集与记录完备的性能数据与指标；接着,深入项目调研，了解国内外同类产品的相关应用情况，并对比其技术性能，进一步验证设计方案的优劣：(1)确定产品目标、技术水平、研制方向；编写研究项目可行性分析报告;分析与测试，确定最优方案。(2)硬件设计，软件设计，项目文件编写：特定硬件电气原理图的设计；特定硬件PCB板卡的绘制、元器件采购、焊接、硬件功能测试；系统方案的软件实现，结合硬件平台，实验室环境下，实际测试分析，验证方案正确性。(3)设计系统投入到生产应用，进行现场实际测试；采集生产数据,对比当前主流国外系统的性能指标，多元分析建模仿真，调试参数，找出不足，修改项目编码，优化控制。(4)正常生产反馈与维护:系统指标认可后，基于系统的远程维护功能对后续用户的使用情况实时跟踪，并通过生产数据分析，进一步完善系统。(5)项目设计确认。(6)项目实施。

（二）借鉴意义

本项目已实际使用于一些终端客户处，自动化控制和各项技术指标均得到了客户的好评。本项目的研制成功，完善了公司产品体系，能更好的满足客户需求，提升产品市场竞争力，更有利于营销人员的市场开拓。

本项目的亮点在于拥有完全的自主知识产权，打破了欧美日发达国家的技术垄断优势，使得我司在高端控制领域占有了一席之地，并赢得了良好的市场口碑，为我国自主发展自动化智能控制赢得了良好效应。为客户提供一整套高性价比技术解决方案及系统，节省了采购成本，提高了服务质量。

通过本项目的实施，也使得公司融合了一支合作进取的优秀研发团队，提高了研发能力和水平；在技术上引入了新的控制理论、新的科学技术方法，为之后的项目研发和产品技术改进奠定良好基础，稳步提升产品质量和竞争力，适应更加复杂的工业环境，更好地服务行业与客户。