全數(shù)字直流伺服驅(qū)動(dòng)器在大幅面噴繪機(jī)上的應(yīng)用
摘 要：本文主要介紹全數(shù)字直流伺服驅(qū)動(dòng)器在噴繪機(jī)上的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：伺服驅(qū)動(dòng)器 噴繪機(jī)
1 引言
隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，廣告業(yè)也隨之迅速發(fā)展。如此誘人的市場(chǎng)行情促使廣告制作商競(jìng)相投資購買戶外噴繪設(shè)備，從進(jìn)口噴繪機(jī)到國產(chǎn)噴繪機(jī)，簡(jiǎn)直就是遍地開花！因此對(duì)大幅面噴繪機(jī)性能的要求也越來越高。
大型噴繪設(shè)備目前面臨的問題包括：如何大幅降低機(jī)器成本，讓中小城市的客戶也買得起；如何讓大型噴繪設(shè)備提高打印質(zhì)量，擴(kuò)大應(yīng)用范圍；如何讓伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器速度跟上噴頭的點(diǎn)火頻率。目前國內(nèi)外噴繪機(jī)零件供應(yīng)商正在解決這些難題。
針對(duì)噴繪機(jī)電機(jī)方案，本文重點(diǎn)講解噴繪機(jī)中的送布和小車板相關(guān)的選型和應(yīng)用設(shè)計(jì)。
2大幅面噴繪機(jī)的電機(jī)描述（圖一）
圖一 噴繪機(jī)
墨泵電機(jī)，控制噴頭散噴
送布電機(jī)，形成自動(dòng)送布系統(tǒng)；
主軸電機(jī)，控制小車板的行程和位置；
3 噴繪機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)架構(gòu)（如圖2）
圖2 噴繪機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)圖
（1）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)：KONICA256控制系統(tǒng)，包括伺服控制卡、噴頭控制板、供墨系統(tǒng)板
（2）主軸系統(tǒng)：全數(shù)字直流伺服驅(qū)動(dòng)器（PH100DC），（如圖3）
主軸電機(jī)（PM100DC-100W）；
（3）送布系統(tǒng)：全數(shù)字直流伺服驅(qū)動(dòng)器（PH100DC），
送布軸電機(jī)（PM100DC-100W）
（4）噴頭： KONICA256
3.2 運(yùn)動(dòng)控制板卡和打印軟件
3.2.1、運(yùn)動(dòng)控制板卡
KONICA256控制系統(tǒng)，包括伺服控制卡、噴頭控制板、供墨系統(tǒng)板，主控板為USB接口。
3.2.2、噴繪軟件－蒙泰噴繪軟件
可接受PostScript文件、TIFF、JPG、EPS圖形文件；直接打印輸出，速度快捷，自動(dòng)大幅分塊輸出。
3.3 送布電機(jī)和小車板電機(jī)
噴繪機(jī)中的電機(jī)從功能上分為3類：墨泵電機(jī)，送布電機(jī)和小車板電機(jī)，屆于墨泵電機(jī)功率小，本文不做重點(diǎn)介紹，只對(duì)送布電機(jī)和小車板電機(jī)的選型應(yīng)用做詳細(xì)講解。
目前噴繪機(jī)的送布電機(jī)和小車板電機(jī)從電機(jī)類型上分為步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，伺服電機(jī)又分為直流有刷電機(jī)和交流無刷電機(jī)。
步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)扭矩大，但步進(jìn)電機(jī)的機(jī)構(gòu)決定了步進(jìn)電機(jī)無法支持600RPM以上的速度，另外，由于步進(jìn)電機(jī)在停機(jī)時(shí)定位時(shí)的缺陷會(huì)造成走位誤差，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在噴繪機(jī)高速高效的要求。
由于伺服電機(jī)響應(yīng)快，速度高，并且定位精度高的特點(diǎn)，現(xiàn)在噴繪機(jī)普遍選用這一類電機(jī)作為送布電機(jī)和小車板控制電機(jī)。屆于成本的壓力，目前在中低速噴繪機(jī)上的主流電機(jī)為低壓直流伺服電機(jī)，配套的控制器分別有模擬伺服驅(qū)動(dòng)器和全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器。模擬伺服驅(qū)動(dòng)器以深圳雷賽科技的DB810A為代表，全數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器廠商國內(nèi)主要由上海哲佑P系統(tǒng)和深圳雷賽的DCS810系列為代表。由于模擬電路在使用中的漂移性，從而使得模擬伺服驅(qū)動(dòng)器不太適合高速定位的應(yīng)用。本文著重講解P系列全數(shù)字伺服控制器在噴繪機(jī)上的應(yīng)用舉例。
送布系統(tǒng)要求：要求能夠正反轉(zhuǎn)，進(jìn)布和退布速度保持平穩(wěn)，在停機(jī)時(shí)自動(dòng)鎖死，防止布滑落。
設(shè)計(jì)：采用PH100DC伺服驅(qū)動(dòng)器＋PM100DC伺服電機(jī)，最大輸出功率100W，編碼器線數(shù)為1000PPR，定位精度為正負(fù)1個(gè)脈沖，鎖死電流為6A，響應(yīng)頻率為20KHZ，在24V額定電壓下最高速度為2500RPM，額定扭矩0.29Nm。
測(cè)試結(jié)果：同上位機(jī)控制卡保持同步性能較好，走布誤差在2個(gè)脈沖之內(nèi)。
小車板控制系統(tǒng)要求：高速響應(yīng)，最高速達(dá)到1.2米/秒，機(jī)械減速比為1：6 ，采用PH100DC伺服驅(qū)動(dòng)器＋PM100DC伺服電機(jī)，定位精度為正負(fù)1脈沖，在24V額定電壓下最高速度為2500RPM，額定扭矩0.29Nm，軸徑8mm。
下面將通過舉例介紹如何通過噴頭選擇電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器
設(shè)計(jì)2：噴頭電機(jī)齒輪直徑R=0.0075m，減速輪外圈R1=0.034m，減速輪內(nèi)圈R2=0.021m，噴頭加速時(shí)間t=0.3s，噴頭質(zhì)量M=5kg，導(dǎo)軌摩擦力f=20N，噴頭打印速度V=1.2m/s，電機(jī)與導(dǎo)軌減速比j=6，傳動(dòng)效率η=0.85，
當(dāng)噴印速度為1.2m/s時(shí)，電機(jī)所需最大扭矩為0.16Nm，所需轉(zhuǎn)速為2471RPM，PH100DC電機(jī)在恒定額定電壓下輸出扭矩 0.21Nm，轉(zhuǎn)速2500RPM，能夠滿足高速要求。
電機(jī)從0加速至2475RPM時(shí)間為0.3s,小車板在移動(dòng)過程中穩(wěn)定無振動(dòng)，小車板靜止時(shí)保持力度足夠大。
系統(tǒng)測(cè)試結(jié)論：對(duì)于噴頭軸和進(jìn)布軸伺服性能的要求主要是伺服系統(tǒng)有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及較高的定位精度。全數(shù)字直流伺服驅(qū)動(dòng)器基于專用運(yùn)動(dòng)控制器DSP 和高效MOSFET等先進(jìn)技術(shù)的硬件平臺(tái)，有著高速度頻率響應(yīng)，具有共振抑制功能，可以精確調(diào)諧，消除震動(dòng)；控制精度可以達(dá)到1個(gè)脈沖，最大的輸入頻率可以達(dá)到250Kpps，這都很好的保證了進(jìn)布軸所需驅(qū)動(dòng)的要求。對(duì)于主軸伺服要求有快速的啟停特性和穩(wěn)定的速度控制，全數(shù)字直流伺服驅(qū)動(dòng)器是基于DSP的硬件控制，具有開放式的參數(shù)調(diào)整接口，可以根據(jù)用戶的使用情況進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。這些特點(diǎn)是步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)和模擬伺服系統(tǒng)所不能比擬的。
4結(jié)束語
隨著噴繪市場(chǎng)對(duì)噴繪精度和噴繪速度的不斷追求，UV平板噴繪機(jī)將逐漸被推向市場(chǎng)。隨著UV平板噴繪機(jī)的發(fā)展，配套的伺服電機(jī)也將升級(jí)換代。在中高端的噴繪機(jī)市場(chǎng)上將以交流伺服電機(jī)系統(tǒng)為主，但在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)中低端市場(chǎng)仍然會(huì)以直流伺服電機(jī)系統(tǒng)為主，畢竟直流伺服的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)無可比擬。
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