تقنية التشغيل بدون عمود في ماكينات الطباعة: المحركات والمزامنة والتحكم في السرعة

كل حركة ميكانيكية تحتاج إلى مصدر طاقة، ويجب أن يؤدي نظام التشغيل في ماكينة الطباعة أكثر من مجرد إدارة عمود. يجب أن يحافظ على سرعة ثابتة، ويستجيب للمشغل، ويوفر ضبطًا مستمرًا للسرعة مع تغير المهمة. قبل ظهور أنظمة التشغيل بدون عمود، مرت ماكينات طباعة الصحف بجيلين من التحكم الكهربائي في السرعة. سيطرت محركات التيار المتردد ذات الحلقات الانزلاقية حتى السبعينيات ويمكن تسميتها الجيل الأول. ومنذ السبعينيات، أدى التقدم في التحكم في سرعة التيار المستمر إلى استخدام واسع لمحركات التيار المستمر والمحركات الانزلاقية، وهو الجيل الثاني. تغيرت الصورة في عام 1992، عندما بنت Rexroth نظام SYNAX، أول نظام تشغيل بدون عمود مصمم لماكينة طباعة. وفي غضون عقد، استبدل التحكم في السرعة بدون عمود الطرق الأقدم في ماكينات طباعة الصحف.

التشغيل بدون عمود كمفهوم جديد لماكينة الطباعة

أصبح النقل بدون عمود مفهومًا جديدًا في هندسة ماكينات الطباعة. فهو يكسر الحدود التي يفرضها العمود الميكانيكي المشترك على تخطيط الماكينة، ويفتح مجالًا لتصاميم جديدة في تطوير الماكينة وتصنيعها على حد سواء. تعود هذه التقنية إلى نظام SYNAX عام 1992 وانتشرت منذ ذلك الحين إلى عدد من المتخصصين في أنظمة التشغيل حول العالم.

معايير الاتصال داخل نظام التشغيل بدون عمود

يعتمد النظام على الذكاء الموزع ويتبع SERCOS، نظام الاتصال التسلسلي في الوقت الحقيقي، وهو معيار دولي للاتصال في أنظمة التشغيل. تنتقل معلومات التحكم رقميًا في الوقت الحقيقي عبر الألياف الضوئية. تستخدم كل مجموعة محركات بطاقة ذكية موزعة يمكنها إدارة 40 موضعًا للمحرك، ويمكن ربط البطاقات بالألياف لتشكيل مجموعة تحكم تغطي ما يصل إلى 1000 موضع من 32 بطاقة متصلة.

كيف تبقى الوحدات متزامنة

تعتمد المزامنة على ثلاثة أجزاء: محول تردد رقمي ذكي، ومحركات تيار متردد، ومشفر رقمي 32 بت مع تغذية راجعة مغلقة. يصحح نظام المشفر موضع المحرك 4000 مرة في الثانية، بينما يحرك محول التردد محرك التيار المتردد بوحدات يبلغ عددها مليوني وحدة. ينقل الإرسال الرقمي عبر الألياف الضوئية بواجهة إيثرنت هذه البيانات بالدقة وتسجيل المطابقة الذي تتطلبه جودة الطباعة.

ما يقدمه التشغيل بدون عمود للتحكم في الماكينة

تصميم تشغيل موزع ومعياري. يمكن أن تستخدم تكوينات متعددة الشبكات وحدات تشغيل أصغر. في ماكينة رولاند برج ثمانية ألوان بمحيط واحد وقطر مزدوج، على سبيل المثال، انتقلت محركات التشغيل من محرك واحد بقدرة 90 كيلوواط أو أكثر إلى محركات فردية بقدرة 27 كيلوواط أو أقل، وانخفض الصدم على الشبكة الكهربائية عند بدء التشغيل بأكثر من ثلاثة أضعاف.

يختفي خطأ التسجيل الناتج عن النقل الميكانيكي. تظهر الأرقام المنشورة لماكينة بثماني وحدات طباعة أن التباين بين الوحدة 1 والوحدة 8 يمكن أن يكون سبعة أضعاف التباين بين الوحدة 1 والوحدة 2، لأن كل جزء متزامن ميكانيكيًا يحمل تفاوتًا خاصًا به. لا يتلاشى هذا الخطأ إلا عندما تصل التروس والأعمدة إلى الدوران المستمر.

ينخفض زمن التحضير. يمكن تشغيل كل وحدة لون بشكل مستقل، لذا يمكن لعدة أشخاص تجهيز الماكينة في نفس الوقت. تستخدم ماكينة رولاند برج ثمانية ألوان أربعة محركات تشغيل، بينما تستخدم ماكينة KBA برج ثمانية ألوان ثمانية محركات.

يصبح التحكم قابلًا للتبادل. لأن النظام يستخدم معيار اتصال دولي لأنظمة التشغيل، لا تحمل أي ماكينة بدون عمود قيد براءة اختراع على نقل المعلومات.

تشخيص الأعطال موثوق. مع SERCOS، يمكن للمصنع تخزين معايير التشغيل القياسية في النظام، وجمع المعايير الحية من الماكينة، ومقارنة الاثنين لتحديد العطل.

يصل تنظيم السرعة على بكرات التشغيل إلى دقة 0.01 بالمئة، مما يسمح بتحكم دقيق في سرعة بكرة السحب، وحركة مستقرة للشبكة، وشد متساوٍ، وقطع متسق عبر شبكات متعددة.

دقة تحديد الموضع ترفع موثوقية التغيير الآلي للألواح وتقصّر زمن استجابة تسجيل الطباعة والقص، ما يقلل الهدر.

التحكم في السرعة بالتردد المتغير والمحرك ثلاثي الطور

يعتمد التشغيل بدون عمود في ماكينة الطباعة اعتمادًا وثيقًا على التحكم في السرعة بالتردد المتغير. تعمل هذه التقنية مع الخصائص الأساسية للمحرك غير المتزامن ثلاثي الطور، الذي تتبع سرعته العلاقة n = 60f/p. تُحدَّد السرعة n بالتردد الحالي f وعدد أزواج الأقطاب المغناطيسية p، ولا يمكن تغيير أزواج الأقطاب بعد تصنيع المحرك. لذلك تتناسب سرعة المحرك مع التردد، ويستخدم محرك التردد المتغير هذه العلاقة تحديدًا لضبط سرعة الخرج.

محرك التردد المتغير للتيار المتردد في ماكينة الطباعة

في أواخر الثمانينيات، حسّن ترانزستور تأثير المجال الجديد IGBT سلوك محركات التردد المتغير، وبدأت ماكينات الطباعة تعتمد التحكم بمحرك التردد المتغير. يجمع هذا الترتيب بين عاكس ومحرك غير متزامن ثلاثي الطور، ويستخدم في الغالب نوع الجهد AC-DC-AC. يناسب هذا النوع التحكم في التيار الثابت، الذي يتوافق مع طلب العزم الثابت في ماكينة الطباعة، ويعمل بقدرة منخفضة، لذا يسميه التحكم الصناعي أيضًا التحكم المؤازر بالتيار المتردد. تتكون الدورة من مرحلتين. أولًا، يُقوَّم مصدر ثلاثي الطور ثابت التردد إلى تيار مستمر. ثانيًا، يُعكَس التيار المستمر إلى تيار متردد، والتحكم في تردد هذا الخرج المعكوس يتحكم في سرعة المحرك. تستخدم جسر العاكس في التشغيل بدون عمود دوائر IGBT، وهي أجهزة يُتحكم فيها بالجهد بقدرة تحكم منخفضة وترددات تبديل تصل إلى 20 كيلوهرتز. والنتيجة موجة تيار أقرب إلى مصدر الشبكة، ومحرك يحافظ على قدر أكبر من سلوكه ثلاثي الطور، وضجيج كهرومغناطيسي أقل، ودائرة أبسط، ومعالجة ذاتية أفضل للأعطال الشائعة، ومعدل أعطال أقل، وفقد أقل في العاكس نفسه.

ثلاث طرق للتحكم في محرك التردد المتغير للتيار المتردد

يجعل هيكل ماكينة الطباعة الحمل غير متساوٍ، ومع ذلك تتطلب قابلية الطباعة تشغيلًا سلسًا لجودة ثابتة. ويترتب على ذلك سؤالان عمليان: هل يغيّر الانتقال من محرك التيار المستمر إلى محرك التيار المتردد النتيجة المطبوعة، وكيف تتزامن المحركات عندما يحمل بعضها أجهزة ترميز ولا يحملها البعض الآخر؟

التحكم المتجهي. يدير محرك التيار المستمر مجالين مغناطيسيين متعامدين، والتحكم في أحد المجالين يتحكم في السرعة والسلوك الميكانيكي معًا. أما المحرك غير المتزامن ثلاثي الطور فيحافظ على المجال المتعامد للحظة فقط. يعالج التحكم المتجهي جسر العاكس بحيث يُتحكم في المجال المتعامد اللحظي. تقسم الخطوة الأولى إشارة نقطة الضبط إلى مكوّنين دوّارين من التيار المستمر: مكوّن المجال المغناطيسي iM ومكوّن العزم iT. وتحوّل الخطوة الثانية هذين المكوّنين، باستخدام معاملات المحرك، إلى إشارات التحكم iA وiB وiC لجسر العاكس ثلاثي الطور.

التحكم المتجهي بدون تغذية راجعة. النوع الشائع من المحركات في ماكينات الطباعة بدون عمود لا يحمل جهاز ترميز، لكنه لا يعمل كتحكم مفتوح الحلقة بدون تنظيم للسرعة. تأتي المزامنة من قياس جهد الأطراف والتيار، وحساب تدفق العضو الدوار وسرعته الزاوية، واستخدام هذه القيم مع معاملات المحرك في التحويل نفسه. الاستجابة الديناميكية أضعف قليلًا، وقد تُظهر ماكينة الطباعة التي تستخدم هذا التحكم في محركات تسجيل الألوان فروقًا صغيرة في التسجيل عند تغير السرعة.

التحكم المتجهي مع تغذية راجعة. حيث تتطلب قابلية الطباعة تحكمًا دقيقًا في السرعة، مثل ضبط سرعة الإنتاج أو الحفاظ على سرعة تسجيل الألوان، يُركَّب جهاز ترميز مباشرة على المحرك. يبلّغ عن سرعة العضو الدوار لأجل التحويل ويحافظ على مطابقة سرعة المحرك لنقطة الضبط بإحكام. الاستجابة الديناميكية قوية، ولا يتزحزح التسجيل عند تغير السرعة.