陈嘉勇
广东顺德德力印刷机械有限公司
摘要：目前，凹版印刷机烘干温度会直接影响印刷张力系统，因此为精确控制张力精度。需要创建印刷部分张力模型，并借助MATLAB／Simulink软件仿真模拟张力模型数据，并实验于电子轴凹版印刷设备。经过实验研究之后可发现，张力系统的稳定性能与烘干温度不存在直接的关联，烘干温度直接影响的是系统的瞬态特性，烘干温度时间越长，顺态过渡过程时间便会越长。当烘干温度达到60~80℃时，与无干燥系统过渡时间相比，瞬态过渡过程时间，在原有基础上增长41%~82%。
关键词：包米勒科赛印刷系统；凹版印刷；烘干温度；料带膜张力
引言：料带膜张力控制精度的优劣会直接影响印刷质量。包米勒科赛印刷系统当中的多机组式印刷，便是凹版印刷的一种代表工艺。该种工艺所生产的印刷品质量极高，同时为控制并且提升张力精度，需要对凹版印刷张力系统中的放卷、印刷和收卷部分进行深入的研究。采取的最主要手段便是建立包含干燥系统的张力系统模型，建立数据并进行仿真试验。深入研究干燥系统烘干温度对印刷部分料带张力的影响。
一、凹版印刷机装置系统
凹版印刷机系统组成部分包含放卷、印刷和收卷。放卷和收卷部分结构类似，分别设置有一个张力传感器测量料带膜张力；摆辊机构可有效抑制张力波动；同时还设有两段张力结构。此外，还需要设置光电眼以及烘箱于每一个印刷单元之后，前者可以有效检测套装误差，后者主要是作用于印刷油墨的烘干。印刷单元采用电子轴转动或无轴转动的方式，并通过独立的伺服电机驱动不同印刷单元。尽管这样可以保证印刷质量，但是机械结构趋于复杂后期，加大控制系统的管理难度。
.png)
两色印刷料带膜张力子系统，作为多色印刷系统的基本张力单元。由料带、烘箱以及两个印刷单元组成。该系统是多输入单输出系统。如下图所示。其中,Ti-1、Vi-1分别为输入量,Ti为输出量。料带的薄度厚度接近于20~100um，因此可以快速的进行传热。料带的温度可代表烘箱的烘干温度，车间环境温度等同于烘箱外部的料袋温度。因此在互相影响作用下。料带的环境温度变化呈现不均匀状态，其料带温度分布示意图，如下所示[2]。
.png)
二、印刷系统张力建模
本文为了判断电子轴凹版印刷系统烘干温度对印刷段张力的影响，运用MATLAB/Simulink软件完成数字模型的建立，并通过印刷实验装置对张力模型进行仿真分析。其中不同印刷部分的色组都有单独的YASKAWA SGMGH-44ZDR1153-H06伺服电机驱动；MITSUBISHI LX-030TD张力传感器主要作用在于获取料带张力信号；印辊速度由伺服电机编码器获取；对于张力信号的放大处理，需要借助MITSUBISHI LM-10TA张力放大器；采用BOPP材质的料带；且整体系统采用GOOGOLTECH T8VMEGTSD13-T4-K006X1-N04X0型号的多轴驱控一体控制器。除此之外，还采用开环闭环控制系统，目的在于无法控制区间的料带张力[1]。
根据图2的分布示意图，代入i=2 ，书写印刷张力系统数学模型公式：
.png)
三、烘干温度对张力的影响
当车间温度达到20℃时，会维持60~80℃的烘箱烘干温度 POPP塑料薄膜的杨氏弹性模量在20℃时可达到2.24Gpa、60℃,可达到1.04Gpa，80 ℃为0.69Gpa，结合系统的输入输出关系，设定前一区间料袋的张力稳态值 =100N,印刷速度的稳态值 ==100 m/min[3]。
（一）输入为T1(t)时的张力阶跃响应
根据下图，输入T1(t)，T2(t)在面对不同的烘干温度时，都呈现出正向阶跃的输出.则由此表明此系统的特性不会受到干燥系统的影响，而烘干温度只可影响瞬态响应部分。且根据下图数据，在烘干温度达到60℃、80℃时，分别增大了41%和82%的过度过长时间，由此表明瞬态响应过渡过程时间会随着烘干温度的升高而逐渐变长；而对于稳态响应部分，不同的烘干温度下稳态值增长10N左右，则影响效果不显著。但是需要注意的是，干燥系统会直接影响瞬态响应。因此烘干温度对张力特性的影响还需要引起格外重视。实验结果图示表明，在100ms的采样周期中，T1(t)料带张力由调整前辊子转速所得。除此之外，阶跃响应前后阶段张力出现小范围的波动，这种系统干扰来源于机械系统和采集系统的振动和噪声，但却没有对实验结果产生较大误差，处于基本吻合的状态[4]。
.png)
（二）输入为v1(t)时的张力阶跃响应
输入v1(t)，T2(t)随着烘干温度呈现负向阶跃输出。因此表明系统特性会受到干燥系统的影响，烘干温度同样只会对瞬态响应部分造成干扰。根据下图的仿真结果，稳态响应部分无论烘干温度的高低，减少11.2N左右的稳态值。因此为v1(t)引起的稳态响应，不会受到烘干温度的影响。瞬态响应部分与T1(t)输入结果相同。瞬态响应过度过长时间会随着烘干温度的升高而逐渐变长，同样干燥系统只会影响瞬态响应部分。下图的实验结果整体趋势与仿真结果吻合[5]。
.png)
（三）输入为v2(t)时的张力阶跃响应
不同的烘干温度，在输入v2(t)之后，T2(t)也是呈现正向阶跃输出的阶跃约反应表现。同样表明系统特性只受干燥性的影响，瞬态响应部分也只会在烘干温度的影响下发生变化。此外稳态响应部分增大11.2N。v2(t)的稳态效应不受烘干温度影响；瞬态响应部分所得到的过渡过程时间与T1(t)和v1(t)是相同数值。同样也表明烘干温度与瞬态响应过渡过程时间呈现正比，瞬态响应受到干燥系统影响，最后的实验结果与仿真结果基本吻合[6]。
.png)
四、结论
综上所述，本文深入探究干燥系统印刷部分张力模型，最终实验仿真数据表明,烘干温度会影响系统的瞬态响应部分。烘干温度和瞬态响应过渡过程时间呈现正比关系。同时印刷部分的张力系统特性会受到干燥系统的影响。在未来为了有效改善电子轴凹版印刷产品质量，需要深入研究印刷部分张力系统，促进印刷业长久发展。
参考文献：
[1]刘善慧，梅雪松，杜喆.等.放卷张力系统解耦控制器的设计[J].西安交通大学学报，2012，46(9): 55-59.
[2]李健，梅雪松，陶涛，等.放卷张力系统H_鲁棒控制器的设计[J].西安交通大学学报，2012，46(1): 86-90.
[3]周春雷，陈建魁，尹周平.薄膜非连续开卷张力控制建模、仿真与实验[J].电气自动化，2013，35(3): 9-11.
[4]张永芳，畅亚利，高阳阳，等.模糊自抗扰控制在凹印机放卷张力中的应用[J].西安理工大学学报，2015.31(2): 144-149.
[5]刘善慧，梅雪松，李健，等.多色套准系统前馈自抗扰控制器设计[J].机械工程学报，2015, 51(5): 143-150.
[6]刘成，吕延军，张永芳，等.无轴传动凹版印刷机的相邻偏差耦合同步控制[J].振动测试与诊断，2017，37(6): 1242-1249.