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在印刷機械行業中，多電機的同步控制是一個非常重要的問題。由于印刷產品的特殊工藝要求，尤其是對于多色印刷，為了保證印刷套印精度（一般≤0.05mm），要求各個電機位置轉差率很高（一般≤0.02%）。在傳統的印刷機械中，以往大都采用以機械長軸作為動力源的同步控制方案，但機械長軸同步控制方案易出現振蕩現象，各個機組互相干擾，而且系統中有許多機械零件，不方便系統維護和使用。隨著機電一體化技術的發展，現場總線技術不斷應用到各個領域并得到了廣泛的應用。本文針對機組式印刷機械的同步需求，提出了一種基于CAN現場總線的同步控制解決方案，并得以驗證。

機組式卷筒印刷機一般由給紙機組、印刷機組、張力機組、加工機組和復卷機組等機組組成。在傳統的有軸傳動印刷機中，動力源由異步電機通過皮帶輪帶動一根機械長軸（約10-20m），然后通過長軸帶動各機組的齒輪、凸輪、連桿等傳動元件，再通過傳動元件帶動設備的執行元件完成設備的輸人、輸出任務。

卷筒印刷機要求印刷速度為300m/min，套印精度≤0.03mm，為了滿足套印精度，要求在各個機組定位精度≤0.03mm。在印刷機印刷過程中，要求各機組軸與機械長軸保持一定的同步運動關系，能否很好的實現各個機組軸的同步關系，將直接影響到印刷速度、套印精度等。其中，給紙機組、印刷機組要求與主軸轉動速度成一定的比例關系，張力機組根據不同的印刷速度調整張力系數，加工機組需要與主軸保持凸輪運動關系，而復卷機組的運動規律，要求隨著紙卷直徑的增大而減小。

我們把機械長軸作為主軸（參考軸），各印刷機組軸為從動軸，如圖1，各從動軸與主軸要滿足同步關系θ1=f1（θ） ，θ2=f2（θ） ，θ3=f3（θ） ··· ，其中，θ為主軸位置轉角，θ1、θ2、θ3···為從動軸位置轉角。

圖 1 主從軸同步關系

考慮到印刷機中同步運動關系復雜，套印精度高、印刷機組點多、分散，多操作子站，印刷生產線長等特點，采用全分散、全數字、全開放的現場總線控制系統FCS，總線的選擇選用CAN總線。

為了實現各個印刷機組的復雜同步關系，將主控制器和各個電機的伺服驅動器都掛接到CAN總線上，構成以印刷機控制器為核心的CAN現場總線系統，如圖2。

控制器和伺服驅動器都配有CAN總線控制器SJA1000和收發器PCA82C250的通訊適配卡，通過連接在印刷機控制器上的CAN通訊適配卡，控制器可以方便、快速的與各伺服驅動器通訊，向各個伺服單元發送控制指令和位置給定指令，并實時獲得各個伺服電機的狀態信息，按照需要實時地對伺服參數進行修改，各個伺服單元也可以通過CAN總線及時的進行數據交換。各個伺服驅動器在獲得自己的位置參考指令后，緊密的跟隨位置指令。由于控制器的位置指令直接輸入到各個伺服驅動器，因此每個伺服驅動器都獲得同步運動控制指令，不受其他因素影響，即任一伺服單元都不受其他伺服單元的擾動影響。在這個系統中，控制器和各個伺服驅動器都作為一個網絡節點，形成CAN控制網絡。同時，由于采用現場總線控制系統，可以根據印刷規模，擴展網絡節點個數。

圖2 同步控制系統圖

在大慣量負載印刷系統中，編碼器和伺服系統的選擇尤為重要。以BF4250卷筒紙印刷機為例，其負載轉動慣量很大，其中柔印機組為0.13 kg·m2，膠印機組轉動慣量最大，為0.33 kg·m2。

由于系統定位精度要求≤0.03mm，考慮到負載的大慣量性，把控制周期定為2ms，要求位置環穩態誤差為±1個脈沖。根據定位精度和穩態誤差，可以折算出編碼器線數為17000線，可是考慮到在實際印刷過程中，要不斷調整不同機組的位置，如果編碼器分辨率選17000線，在調整印輥時，由于機組轉動慣量很大，將會產生很大的角加速度，進而產生很大的轉矩。例如對于膠印機組，調整角加速度超過700 rad/s2，調整轉矩超過200N·m，一般的電機無法滿足要求。

綜合考慮，選擇編碼器分辨率為40000線，這樣在調整過程中，減小了電機的調整加速度，進而減小了調整轉矩。例如在負載慣量最大的膠印機組中，調整角加速度為78.6rad/s2，調整轉矩為26 N·m，凱奇電氣公司的90M系列伺服電機完全可以滿足要求。