Enhver mekanisk bevegelse trenger en kraftkilde, og drivverket på en trykkpresse må gjøre mer enn å dreie en aksel. Det må holde jevn hastighet, svare operatøren og gi kontinuerlig hastighetsjustering når jobben endres. Før akselløse drivverk kom, gikk avispresser gjennom to generasjoner med elektrisk hastighetskontroll. Slipering-AC-motorer dominerte frem til 1970-tallet og kan kalles første generasjon. Fra 1970-tallet brakte fremskritt innen DC-hastighetskontroll DC-drivverk og slipemotorer i bred bruk, andre generasjon. Bildet endret seg i 1992, da Rexroth bygde SYNAX, det første akselløse drivsystemet konstruert for en trykkpresse. I løpet av et tiår hadde akselløs hastighetskontroll erstattet de eldre metodene på avispresser.
Akselløse drivverk som et nytt pressekonsept
Akselløs overføring har blitt et nytt konsept i pressekonstruksjon. Det bryter grensene som en felles mekanisk aksel setter for maskinlayouten, og det åpner rom for nye design i både presseutvikling og presseproduksjon. Teknologien stammer fra SYNAX-systemet i 1992 og har siden spredt seg til en rekke drivespesialister over hele verden.
Kommunikasjonsstandarder i et akselløst drivverk
Systemet er bygget på distribuert intelligens og følger SERCOS, Serial Real time Communication System, en internasjonal standard for drivekommunikasjon. Kontrollinformasjon overføres digitalt i sanntid over fiberoptikk. Hver motorgruppe bruker et distribuert intelligent kort som kan håndtere 40 motorposisjoner, og kortene kan kobles sammen med fiber for å danne en kontrollgruppe som dekker opptil 1000 posisjoner fra 32 tilkoblede kort.
Hvordan enhetene holder seg synkronisert
Synkronisering hviler på tre deler: en intelligent digital frekvensomformer, AC-motorer og en 32-bits digital encoder med lukket sløyfe-tilbakemelding. Encodersystemet korrigerer motorposisjonen 4000 ganger per sekund, mens frekvensomformeren styrer AC-motoren i trinn på to millioner. Fiberoptisk digital overføring over et Ethernet-grensesnitt bærer disse dataene med den oppløsningen og registerpresisjonen som trykkvaliteten krever.
Hva akselløst drivverk gir til pressekontroll
Distribuert og modulær drivverksdesign. Konfigurasjoner med flere baner kan bruke mindre drivenheter. På en Roland enkelomkrets, dobbeltdiameter åttefargetårnpresse, for eksempel, gikk drivmotorene fra en enkelt motor på 90 kW eller mer til individuelle motorer på 27 kW eller mindre, og belastningen på strømnettet ved oppstart falt med mer enn tre ganger.
Registerfeil fra mekanisk overføring forsvinner. Publiserte tall for en presse med åtte trykkenheter viser at variasjonen mellom enhet 1 og enhet 8 kan være sju ganger større enn variasjonen mellom enhet 1 og enhet 2, fordi hver mekanisk synkroniserte del har sin egen toleranse. Denne feilen forsvinner først når gir og aksler når kontinuerlig rotasjon.
Omstillingstiden reduseres. Hver fargenhet kan drives individuelt, slik at flere personer kan forberede pressen samtidig. En Roland åttefargetårnpresse bruker fire drivmotorer, og en KBA åttefargetårnpresse bruker åtte.
Kontrollen blir utskiftbar. Fordi systemet bruker en internasjonal standard for drivekommunikasjon, har ingen akselløs presse patentrestriksjoner på informasjonsoverføring.
Feildiagnose er pålitelig. Med SERCOS kan produsenten lagre standarddriftsparametere i systemet, samle inn live-parametere fra pressen og sammenligne de to for å lokalisere en feil.
Hastighetsreguleringen på drivvalsene når en nøyaktighet på 0,01 prosent, noe som muliggjør presis kontroll av trekkvalsehastighet, stabil banegang, jevn stramming og konsistent skjæring på tvers av flere baner.
Posisjoneringsnøyaktighet øker påliteligheten til automatisk platebytte og forkorter reaksjonstiden for trykk- og skjæreregister, noe som reduserer svinn.
Frekvensstyrt hastighetskontroll og trefasemotoren
Akselløst pressdrift avhenger nært av frekvensstyrt hastighetskontroll. Teknikken fungerer med hovedegenskapene til en trefaset asynkronmotor, der hastigheten følger n = 60f/p. Hastigheten n settes av gjeldende frekvens f og antall magnetiske polpar p, og polparene kan ikke endres etter at motoren er bygget. Motorhastigheten er derfor proporsjonal med frekvensen, og en frekvensomformer bruker nettopp dette forholdet til å sette utgangshastigheten.
AC-frekvensomformeren på en presse
På slutten av 1980-tallet forbedret en ny felteffekttransistor, IGBT, oppførselen til frekvensstyrte motorer, og presser begynte å ta i bruk frekvensomformerdrift. Oppsettet kombinerer en vekselretter med en trefaset asynkronmotor og bruker oftest AC-DC-AC-spenningstypen. Denne typen egner seg for konstantstrømstyring, som passer til pressens konstante dreiemomentbehov, og den går på lav effekt, så industriell styring kaller det også AC-servostyring. Syklusen har to trinn. Først likerettes den faste trefaseforsyningen til likestrøm. Deretter vekselrettes likestrømmen tilbake til vekselstrøm, og ved å styre frekvensen på denne vekselrettede utgangen styres motorhastigheten. Vekselretterbroen på en akselløs drift bruker IGBT-kretser, som er spenningsstyrte enheter med lav styreeffekt og svitsjefrekvenser opp til 20 kHz. Resultatet er en strømform nærmere nettforsyningen, en motor som beholder mer av sin trefaseoppførsel, mindre elektromagnetisk støy, en enklere krets, bedre egenhåndtering av vanlige feil, lavere feilrate og lavere tap i vekselretteren selv.
Tre måter å styre AC-frekvensomformeren på
Pressens struktur gjør belastningen ujevn, men trykkbarhet krever jevn gang for jevn kvalitet. To praktiske spørsmål følger: endrer overgangen fra DC- til AC-drift det trykte resultatet, og hvordan synkroniseres motorer når noen har encoder og andre ikke?
Vektorkontroll. En DC-motor roterer på to vinkelrette magnetfelt, og ved å styre ett felt styres både hastighet og mekanisk oppførsel. En trefaset asynkronmotor holder bare et vinkelrett felt et øyeblikk. Vektorkontroll styrer vekselretterbroen slik at det momentane vinkelrette feltet kontrolleres. Første trinn deler settpunktssignalet i to roterende DC-komponenter, magnetfeltkomponenten iM og dreiemomentkomponenten iT. Andre trinn omformer disse komponentene, ved hjelp av motorparameterne, til styresignalene iA, iB og iC for den trefasede vekselretterbroen.
Vektorkontroll uten tilbakemelding. En vanlig motortype på akselløse presser har ingen encoder, men den går ikke som åpen sløyfe uten hastighetsregulering. Synkroniseringen kommer fra å måle klemmespenning og strøm, beregne rotorfluks og rotorens vinkelhastighet, og bruke disse verdiene med motorparameterne i samme transformasjon. Dynamisk respons er litt svakere, og en presse som bruker denne styringen på fargeregistermotorene, kan vise små registerforskjeller når hastigheten endres.
Vektorkontroll med tilbakemelding. Der trykkbarheten krever nøyaktig hastighetskontroll, som ved å sette produksjonshastigheten eller holde fargeregisterhastigheten, monteres en encoder direkte på motoren. Den rapporterer rotorens hastighet for transformasjonen og holder motorhastigheten tett tilpasset settpunktet. Dynamisk respons er sterk, og registeret forskyves ikke når hastigheten endres.