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与步进电机相比，交流伺服电机具有以下明显的优异性能。
(1)控制精度大大提高。
(2)低频特性增强。
(3)矩频特性好。
(4)速度响应性能、控制性能(闭环控制)和过载能力大大提高。
5.1总体改造方案
（1）拆除直流调速主机和机械通轴、差速齿轮箱、步进电机等所有主传动和步进伺服传动零部件，用7组独立的交流伺服电机单元取代上述部件来实现传动和位置补偿功能。这里说的7组单元是6个色组加1套模切单元，如果算上2组张力单元则应该是9组，轴数会因不同的机型改造方案而不同。
（2）7组交流伺服电机单元通过高精度免维护减速器(速比为5：1或10：1)直接与印版轴或模切轴相连，把电机到版轴之间的机械传动环节减至*少，并实现7轴独立伺服驱动。
5.2具体改造方案
图1直流调速电机＋机械通轴结构示意图
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从图1可以看到，设备改造前的传动及套印结构是一台35kW的直流调速电机通过一根长轴将6个印**元连接在一起。改造方案是将图1中虚线部分的结构拆除，改造成如图2所示的结构。
图2独立交流伺服驱动结构示意图（改造后）
印版电机驱动单元拟采用力士乐公司的Ecodrive型智能交流伺服驱动器和配套的MHD高性能交流伺服电动机。其中伺服驱动器内部带有电流环、速度环和位置环(本次改造不使用位置环)，电机轴速度和位置检测元件是伺服电机自带的2500旋转编码器(4倍频)。利用伺服驱动器上的第二编码器接口来实现多轴速度跟随和同步，同步结构如图2中虚线部分所示。
实际上，印刷机的同步控制包括两方面的内容，一方面是各印版轴转速的同步，另一方面是印刷套印同步控制，即通过光电扫描器检测印刷码刻线的实际位置，并与理论位置进行比较，输出脉冲信号(正转或反转)给执行机构(改造前是步进电机)进行位置调整，它构成了同步控制的外环。
采用伺服控制器在速度方式下对印版电机进行控制．仅能获得很好的动态特性。但在印刷过程中，由于各电机伺服驱动器特性上或多或少存在差异，长期运行过程中必然有累积误差，而上述外环控制就是为了解决这个问题。
内部速度环主管各轴速度的同步，要求有良好的动态性能，各种扰动给内部速度环带来的误差可以通过外环控制加以弥补，外部位置环保证了稳定性和套印精度，如图3所示。
图3内外环结构示意图
本改造方案保留了原系统中套印控制的信号检测、处理和发送环节，只把作为执行机构的步进电机改成交流伺服电机。如何将以前发给步进电机的脉冲信号转为控制交流伺服电机的信号是要研究的一个主要问题。现在的设想是通过调试原有套印系统的操作参数(实际上也是PID参数)以及交流伺服控制器上的PlD参数，来解决这一问题。
5.3套印原理
在多色印刷中，一般采用改变印版滚筒的转动角度以达到调整印刷位置的目的，其闭环控制原理如图4所示。
图4套印控制原理框图
根据旋转编码器原理可知，其线数越多，即印版每转一周所产生的脉冲数越多，位置精度越高。假定印版周长为500mm，编码器的线数为500线，则500mm对应500个脉冲，1mm对应1个脉冲，20mm对应20个脉冲．
实际印刷位置的检测是通过光电扫描器把检测到的色标信号转化为电脉冲，这些电脉冲与旋转编码器产生的脉冲串被送到套印系统计算机。各色组色标之间的距离给定值为20mm，即两颜色套准时，两色标之间的距离是20mm，对应于编码器脉冲数为20个脉冲。如图5所示，色标1与色标2两脉冲触发时间段中计数为18个脉冲，如以印色1为基准，则说明印色2的印版轴转速太快，为使其速度减慢，纠正位置偏差，应使伺服电机反转相当于2个脉冲的角度；假设色标2与色标3两脉冲触发时间段脉冲数为23个脉冲，以印色2为基准，则说明印色3的印版轴转速太慢，为使其速度加快，纠正位置偏差，应使伺服电机正转相当于3个脉冲的角度以消除偏差
MZ2015自动磨床是轴承行业广泛使用的加工设备，用于轴承套圈内圆磨削，由于该机床的早期电气系统采用的是继电器─接触器控制和由二极管组成的矩阵顺序控制线路，电气元件较多，且可靠性差，电气故障频繁。故采用FXon-60MRPLC对其控制系统进行了改造。
1、系统的硬件设计
任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。系统输入部分由所有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括电磁阀线圈，指示灯和接通各种负载的接触器线圈。在控制系统中使用PLC就是代替继电器控制系统中的逻辑线路部分。原MZ2015磨床的电气系统，所有行程开关(SQ1～SQ17),选择开关(SA3),仪表触点(KA1～KA4),控制按钮(SB2,SB5)等为系统的输入信号；而电磁阀线圈(YV1～YV13),指示灯，充磁信号等为系统的输出信号。系统的硬件构成如图1所示，为了节省输出点数，各电磁阀的状态指示灯并联在其线圈两端；系统的调整操作采用由PLC的Y1和Y2输出调整信号在外部经相应开关控制。为了保护PLC输出继电器，在电磁阀两端各并联一只二极管，防止在电感性负载断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC输出点及内部电源的冲击，二极管的额定电流通常选为1A，额定电压大于电源电压的3倍。
图1 PLC外部接线图
2、软件设计
（1） 程序结构
原机床包括自动、半自动、调整和长期修整4种工作方式，由**转换开关选择。用PLC改造后,此部分的接线要重新安排，可选用转换开关的两组触点SA3－1和SA3－2(对应PLC输入端子X20和X21)，使其分别在4种工作情况下，满足表1所示的通断状态。
表1 开关方式状态
表1中“0”表示断开，“1”表示接通。如用二进制表示X20 和X21的状态，即为00，01，10和11四种。如图2示，自动方式时驱动M10，半自动时驱动M11，调整时驱动M12，长修时驱动M13。这样可安排出图3的程序结构图。
图2 工作方式梯形图
图3 程序结构图
（2） 矩阵电路的编程处理
图4 二极管顺序控制原理示意图及对应梯形图
矩阵二极管顺序控制电路是原床电气系统中的重要组成部分，PLC梯形图的转换原理，如图4示。其动作如下：
a. SA1合上，SA2打开，KA5线圈通电吸合并自锁，此时KA5线圈及R上的电压基本相等，约为12V，KA6线圈被短路脱吸。
b. SA1打开，SA2合上，KA5线圈被短路，KA5脱吸，KA6线圈通电吸上并自锁。
c. SA1、SA2合上，由于KA5、KA6线圈被短路，V1也处于上述导通状态，但KA5、KA6总是处于脱吸状态。
根据上述要求可得出SA1、SA2与KA5、KA6的逻辑关系,如表2所示。从表2可看出，SA1是KA5的置位端，KA6的复位端；SA2是KA6的置位端，KA5的复位端。这种状态可由PLC内部的置位、复位指令来实现，其梯形图如图4示，图中M21相当于KA5，M22相当于KA6。
表2 顺序逻辑控制
（3） 编程调试
由于用PLC改造原机床电气系统是以不改变原控制功能为前提，此时可对原线路进行分块处理，对于MZ2015磨床，可分成输出处理程序，输入处理程序和顺序控制逻辑程序，这种处理对于程序调试和设备维修都有很大的方便，根据手动、长修、自动和半自动四种工作方式分别进行模拟运行。用开关模拟输入信号，开关的一端接入相对应的输入端点，另一端作为公共端接在PLC输入信号电源的负端。输入程序后，对照输入信号状态表，设置好原始状态情况下所有输入信号的状态；再按工步状态，扳动开关，观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变化，并与工艺过程对照。由于程序较长，这里仅给出输出部分及二极管顺控电路所对应的梯形图，如图4、5示。
图5 输出部分梯形图
3、结束语
用可编程控制器改造旧机床电气系统，在现有企业里是非常现实的技术改造方案，具有投资省、见效快的特点。通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的13只中间继电器，5只时间继电器，80只顺序控制二极管及20只电阻，使线路简化。由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便