英威騰HMI+中型PLC+伺服+變頻器在編織袋套色柔版印刷機(jī)上的應(yīng)用

摘 要：本文介紹了英威騰整體解決方案在編織袋套色柔板印刷機(jī)的應(yīng)用案例，該方案使用英威騰VS系列HMI +AX70中型PLC+DA200伺服+伺服電機(jī)+GD20變頻器，該方案具有完整支持 IEC61131-3 編程體系、支持 EtherCAT 現(xiàn)場實(shí)時總線和凸輪同步控制等優(yōu)點(diǎn)，通過該方案可進(jìn)一步提高柔版印刷機(jī)的生產(chǎn)速度，提升套色精準(zhǔn)度和操作交互易用度。

一、引言

進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，柔版印刷技術(shù)有了迅速發(fā)展，目前柔版印刷品的質(zhì)量已達(dá)到或接近平版膠印或凹印水平，因此在包裝印刷中得到廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，柔性板印刷在包裝印刷中已占據(jù)主導(dǎo)地位。

目前老式編織袋印刷機(jī)通過機(jī)械方式同步印刷輥與牽引輥，變更不同印刷尺寸時需要更換不同直徑的印刷輥。這種老式的編織袋印刷設(shè)備有機(jī)械成本高，印刷尺寸選擇少，設(shè)備操作人員更換印刷尺寸花費(fèi)時間長的缺點(diǎn)。

本文中的編織袋柔印印刷設(shè)備通過英威騰AX70中型PLC電子凸輪功能控制伺服驅(qū)動牽引輥和印刷輥?zhàn)鑫恢猛竭\(yùn)動，達(dá)到不用更換印刷輥與牽引輥印刷出任意尺寸的編織袋產(chǎn)品的效果。此方案節(jié)省了設(shè)備機(jī)械成本，印刷尺寸靈活，大大減小了更換不同印刷尺寸與圖案的操作時間與操作難度。

編織袋材料具有彈性大、易拉伸的缺點(diǎn)，在材料加速和減速過程中材料會有不同程度的變形容易產(chǎn)生印刷套色的偏差。加上印刷輥負(fù)載慣量大，只能通過緩慢加速和減速進(jìn)行啟動停止。按照一般電子凸輪的控制方式，牽引軸需要在印刷輥停止的狀態(tài)嚙合，然后印刷輥與牽引輥一起再緩慢加速到運(yùn)行速度，這個過程會導(dǎo)致加速和減速過程套色精度的偏差過大，造成廢片。為解決這一難點(diǎn)，英威騰通過程序優(yōu)化使得印刷輥加速與減速的過程不進(jìn)行印刷，在印刷輥加速到生產(chǎn)速度后，牽引輥再同步送料進(jìn)行印刷動作，避免了加減速過程中套色偏差。同時，采用高精度色標(biāo)傳感器在100米/分鐘的運(yùn)行速度下精準(zhǔn)對標(biāo)調(diào)節(jié)。

二、 編織袋套色柔版印刷機(jī)工作原理及介紹

1、設(shè)備整體

圖1 機(jī)械結(jié)構(gòu)示意簡圖

編織袋套色柔版印刷機(jī)的部件包括：放卷架、放卷輥、屯料緩沖機(jī)構(gòu)、色標(biāo)傳感器、前牽引輥、印刷輥、傳墨輥、后牽引輥、屯料緩沖機(jī)構(gòu)、收卷輥、成品（如圖1中1-11）。

2、放卷動作

放卷部分由放卷變頻器、屯料機(jī)構(gòu)、屯料電位器和糾偏系統(tǒng)組成。

為配合不同料長和印刷版長，牽引輥的動作速度為同步速度-加減速-同步速度。需要屯料機(jī)構(gòu)平緩放料動作，使得放料變頻器勻速運(yùn)行。屯料機(jī)構(gòu)動作中反饋模擬量信號給控制器，控制器PID計算后，調(diào)節(jié)變頻器頻率，使得屯料機(jī)構(gòu)始終運(yùn)行在模擬量信號范圍內(nèi)，保持放料張力的穩(wěn)定。

糾偏系統(tǒng)為外部獨(dú)立系統(tǒng)，根據(jù)料邊位置反饋控制電機(jī)左右移動放料料卷，控制放料邊對齊。

3、牽引動作

牽引部分分為前牽引與后牽引兩個伺服軸。

牽引軸根據(jù)不同的料長與印版長度按照規(guī)劃的電子凸輪動作。牽引間張力控制時通過設(shè)置后牽引凸輪從軸比例實(shí)現(xiàn),使得后牽引運(yùn)行速度比前牽引略快，給與牽引間的編織袋一定的張力。

4、印刷動作

印刷輥跟隨主軸做同步動作，以勻速運(yùn)行為主。每個印刷輥有一套勻墨輥與傳墨氣缸和壓印輥。

柔性印刷版粘貼在印刷輥上，由傳墨機(jī)構(gòu)將油墨傳送到柔性印刷版上，再由印刷版印到料上。

5、收卷動作

收卷部分由收卷變頻器、屯料機(jī)構(gòu)、屯料電位器組成。

為配合不同料長和印刷版長，牽引輥的動作速度為同步速度-加減速-同步速度。需要屯料機(jī)構(gòu)平緩收料動作，使得收料變頻器勻速運(yùn)行。屯料機(jī)構(gòu)動作中反饋模擬量信號給控制器，控制器PID計算后，調(diào)節(jié)變頻器頻率，使得屯料機(jī)構(gòu)始終運(yùn)行在模擬量信號范圍內(nèi)，保持收料張力的穩(wěn)定。

三、英威騰整體解決方案

3.1方案介紹

本方案采用AX70中型PLC、DA200伺服、VS觸摸屏、GD20變頻器全套英威騰電氣產(chǎn)品。AX70中型PLC與伺服通過EtherCAT高速總線進(jìn)行同步控制。AX70中型PLC與觸摸屏通過EtherNet通訊，100M的高速通訊速度使得觸摸屏交互使用更加流暢。變頻器頻率由AX70中型PLC通訊修改伺服驅(qū)動器模擬量輸出口進(jìn)行控制，提高了變頻器頻率響應(yīng)速度，同時節(jié)省了電氣成本。

3.2系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖2 電氣系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3.3 電氣選型

3.4現(xiàn)場電氣柜圖

圖3現(xiàn)場電氣柜圖

四、方案特點(diǎn)

1.滿速印刷功能

以前的編織袋套色印刷系統(tǒng)，使用單個凸輪曲線進(jìn)行規(guī)劃不同來料長度和印刷版長的動作，只能在印刷輥停止的狀態(tài)進(jìn)行凸輪嚙合。再由于印刷機(jī)特性限制：一、輥機(jī)械慣量較大，只能緩慢從0速加速到生產(chǎn)速度。二、編織袋為大拉伸彈性材料，在不同速度下會有不同的位置偏移。使得加速段與減速段印刷偏差過大，造成廢片、浪費(fèi)印刷材料。

現(xiàn)在使用英威騰AX70中型PLC凸輪同步控制功能，可以使印刷輥與編制袋在印刷過程中始終處于同一生產(chǎn)速度，避免在加減速段照常印刷套色偏差，且在最高120米/分鐘生產(chǎn)速度下，全程套色偏差<0.8mm。

在印刷輥進(jìn)入生產(chǎn)速度旋轉(zhuǎn)3圈上墨后，牽引運(yùn)行加速凸輪，直接加速到生產(chǎn)速度同步印刷。停機(jī)減速時，牽引運(yùn)行減速凸輪，直接脫開印刷。然后印刷輥再減速停止。如圖4。

圖4 印刷輥與牽引輥啟停動作位置與速度曲線

2.牽引等待段印刷輥加速功能

印刷輥在牽引停止等待階段進(jìn)行加速運(yùn)行，使得在不影響印刷效果的情況下加快了設(shè)備整體運(yùn)行速度。在同等印刷同步速度下，最高能提升30%的生產(chǎn)速度。

圖5 印刷輥與牽引輥等待加速動作位置與速度曲線

3.牽引滿版倒退功能可設(shè)最小倒退速度

在滿版印刷時需要牽引軸帶著材料倒轉(zhuǎn)。由于編織袋易被拉伸的材料特性，倒轉(zhuǎn)可能倒轉(zhuǎn)編織袋變形?，F(xiàn)采用限制最大倒轉(zhuǎn)速度的方式，減小了倒轉(zhuǎn)距離，減小了編織袋拉伸。

圖6牽引倒轉(zhuǎn)限速曲線

圖7牽引倒轉(zhuǎn)無限速曲線

4.色標(biāo)伺服DI捕獲功能

色標(biāo)捕獲采用伺服驅(qū)動內(nèi)部中斷抓取編碼器位置方式，擁有精度高，色標(biāo)不易丟標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)，且色標(biāo)對位由伺服驅(qū)動內(nèi)部中斷抓取編碼器位置。在來料速度100米/分鐘的情況下，對標(biāo)精度達(dá)到0.15mm，且色標(biāo)窗口內(nèi)如果有多個色標(biāo)抓取信號，會對所有抓取位置進(jìn)行比較，選取偏差最小的抓取位置。具有位置偏差不累積，不怕個別色標(biāo)損壞的特點(diǎn)。

圖8 伺服捕獲

五、結(jié)束語

英威騰編織袋柔性印刷機(jī)整體解決方案，應(yīng)用Codesys電子凸輪的靈活配置切換功能，在編織袋印刷行業(yè)相較于客戶原有的競品完成了功能和性能上的進(jìn)步。使得套色印刷不會因?yàn)榧訙p速段造成套色偏差，產(chǎn)生廢片。在最高120米/分鐘生產(chǎn)速度下，全程套色偏差<0.8mm。在來料速度100米/分鐘的情況下，對標(biāo)精度達(dá)到0.15mm。