1 引言

系統(tǒng)采用PLC作為主控系統(tǒng)，印刷版輥、墨輥、送紙輥、電子凸輪皆為伺服傳動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)調(diào)整間隙，人機(jī)界面集中監(jiān)控，現(xiàn)場總線采集傳遞信號，再結(jié)合高精度減速機(jī)、聯(lián)軸器、編碼器、滑軌絲杠、同步皮帶等機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的各輥筒速度同步及相位同步，真空吸附電子凸輪送紙機(jī)構(gòu)保障快速精確送紙，系統(tǒng)的相位調(diào)整功能使調(diào)整變得簡單易行。所有這些，極大地提高了生產(chǎn)速度、套印精度以及操作的簡便性。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由送紙部和四色印刷部組成，送紙部主要包括電子凸輪真空吸附送紙機(jī)
構(gòu)和送紙輥。電子凸輪真空吸附送紙機(jī)構(gòu)利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓使紙板緊密吸附在送紙平臺上，兩臺電子凸輪伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)送紙平臺在送紙上下位間同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)，配合送紙滾輪和送紙輥完成紙板依次傳送。在滾輪摩擦系數(shù)和紙板壓力穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，送紙時(shí)機(jī)與一色印版的位置和生產(chǎn)速度相關(guān)，在一定速度下，當(dāng)一色印版轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)開始送紙，轉(zhuǎn)到另一位置時(shí)停止送紙，以保證印版能每次將圖案準(zhǔn)確印在紙板的相應(yīng)位置上。不同規(guī)格的紙板，送/停紙時(shí)機(jī)也相應(yīng)變更，操作人員僅需調(diào)整人機(jī)界面上的料號，系統(tǒng)會立即自動(dòng)調(diào)整，保證印刷位置準(zhǔn)確。兩臺電子凸輪電機(jī)的動(dòng)作、速度與旋轉(zhuǎn)角度要完全一致，才能保證電機(jī)和機(jī)構(gòu)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，以及紙板平直送出。在這里，我們采用兩軸同動(dòng)直線補(bǔ)間功能來實(shí)現(xiàn)兩軸實(shí)時(shí)同步。另外，凸輪電機(jī)還要滿足長時(shí)間頻繁往復(fù)正反向運(yùn)轉(zhuǎn)需要，要求系統(tǒng)選配高響應(yīng)的伺服系統(tǒng)，并結(jié)合負(fù)載調(diào)整伺服參數(shù)，充分發(fā)揮伺服系統(tǒng)的高速高響應(yīng)特性，盡量減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)及各環(huán)節(jié)延遲，同時(shí)，還要充分考慮系統(tǒng)發(fā)熱和回生保護(hù)問題，使電機(jī)工作在輕載狀態(tài)，設(shè)備構(gòu)成示意圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如圖2所示，紙板送出后進(jìn)入四色印刷部，每一色部控制由印刷版輥、墨輥、托紙輥、牽紙輥和氣缸等共同完成，各輥筒皆直接或間接通過伺服驅(qū)動(dòng)，同時(shí)有步進(jìn)電機(jī)和編碼器調(diào)整輥筒間隙和位置。

印刷版輥的軸徑通常很大，運(yùn)行速度很快，而印刷套印精度要求較高，因此印刷版輥間微小的速度差在很短的時(shí)間內(nèi)就會造成套印超差。設(shè)任一時(shí)段任意兩印刷版輥的速度差為△V，系統(tǒng)速度環(huán)在△t時(shí)間內(nèi)將速差調(diào)整過來，因傳動(dòng)機(jī)構(gòu)延遲很小，設(shè)為0，則將△t時(shí)間內(nèi)由速度差△V產(chǎn)生的偏差設(shè)為ε，如圖3所示的陰影部分,可總結(jié)公式如下:

由此可見，負(fù)載間速度差△V越小，系統(tǒng)響應(yīng)越快(即△t越短)，則產(chǎn)生的套印偏差ε越小。這就要求一方面要提高機(jī)械精度，如安裝同心度要好、負(fù)載慣量要均勻等;另外在系統(tǒng)選配時(shí)要充分考慮與負(fù)載匹配，在提供足夠負(fù)載扭力的同時(shí)還要提供足夠的響應(yīng)能力。同時(shí)，調(diào)試工作也非常重要，要結(jié)合負(fù)載使系統(tǒng)發(fā)揮最優(yōu)性能。對此，可利用伺服系統(tǒng)的自動(dòng)檢測功能先檢測負(fù)載狀況，再根據(jù)實(shí)際需要匹配參數(shù)(如提高響應(yīng)或減小超調(diào)量等)，進(jìn)一步細(xì)調(diào)，直到符合條件為止。同時(shí)由于每個(gè)負(fù)載及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不盡相同，每臺伺服的參數(shù)也會略有差異,應(yīng)通過電氣來補(bǔ)償負(fù)載機(jī)械傳動(dòng)系數(shù)的差異。
系統(tǒng)利用PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能對伺服系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，采用單獨(dú)高速處理器，運(yùn)算獨(dú)立于CPU之外，結(jié)合伺服系統(tǒng)滿足高精度及快速響應(yīng)需求。另采集負(fù)載軸端編碼器信號，對負(fù)載運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測和校正，以消除傳動(dòng)誤差影響，并有利于分析查找問題。
各輥筒間線速度要一致，避免紙板打滑，同時(shí)墨輥上墨才會均勻，無色塊。另外，墨輥氣缸的動(dòng)作也很重要，開始送紙時(shí)，氣缸帶動(dòng)墨輥依次下落，給印版著墨;停止送紙時(shí)，墨輥依次抬起，避免印版著墨太深。下落及抬起的時(shí)機(jī)由印版位置決定，以保證墨輥在印版上的著墨位置和著墨量，從而保證印刷質(zhì)量。
由于紙板的規(guī)格型號很多，對于不同規(guī)格的紙板印刷，工藝和控制都要做出相應(yīng)調(diào)整;同時(shí)，設(shè)備清洗、維護(hù)、掛版等工作經(jīng)常進(jìn)行，難免會造成人為誤差，需要時(shí)常對印刷版輥相位進(jìn)行調(diào)整，這些都在程序里實(shí)現(xiàn)，操作人員只需在人機(jī)界面上調(diào)整料號和校正值，無需對設(shè)備做出任何改動(dòng)，操作簡便，極大的提高了工作效率和靈活性。
另外，在實(shí)踐過程中，我們總結(jié)出一套模擬套準(zhǔn)試驗(yàn)方法配合調(diào)試工作。通過PLC檢測伺服反饋和編碼器信號，對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可計(jì)算出任意時(shí)刻各印刷版輥的相位差(脈沖值)，再折算成長度(mm)，便可測得機(jī)械套準(zhǔn)精度，無需上墨和紙板，節(jié)省了大量的材料，同時(shí)也縮短了調(diào)試的時(shí)間。
4 性能及特點(diǎn)
(1) 由于采用伺服傳動(dòng)，其高速、高精度、高響應(yīng)的特性使生產(chǎn)速度極大提高，傳統(tǒng)設(shè)備通常最高生產(chǎn)速度為80p/min，本系統(tǒng)可將設(shè)備生產(chǎn)速度提高一倍，達(dá)到160p/min。
(2) 系統(tǒng)的閉環(huán)設(shè)計(jì)和快速響應(yīng)能力使設(shè)備在高速生產(chǎn)下仍能保持極高的控制精度，套印偏差≤±0.25mm~0.4mm(視機(jī)械狀況而定)。
(3) 電子凸輪真空吸附送紙機(jī)構(gòu)改變傳統(tǒng)后推式進(jìn)紙方式，不會造成紙板彎曲甚至無法進(jìn)紙，還可避免紙板定位不準(zhǔn)，從而保證套印精度，在此基礎(chǔ)上還極大提高了送紙速度。另外，電子凸輪的應(yīng)用使轉(zhuǎn)型生產(chǎn)非常簡便，無需調(diào)整任何設(shè)備機(jī)構(gòu)。
(4) 系統(tǒng)自適應(yīng)同步控制，只需改變送紙輥或任一印刷版輥的速度，其余輥筒自動(dòng)跟進(jìn)，始終保持線速度和相位同步，送紙頻率和送/停紙時(shí)機(jī)也隨之改變，保證套印精度和位置。
(5) 電子凸輪和配方功能使轉(zhuǎn)型生產(chǎn)變得十分簡單，無需調(diào)整機(jī)械機(jī)構(gòu)，只要在人機(jī)界面上改變生產(chǎn)料號，即可輕松實(shí)現(xiàn)。
(6) 設(shè)備每次運(yùn)行前印刷版輥都要找到其初始相位，傳統(tǒng)設(shè)備通常采用高精度編碼器來定位，本系統(tǒng)可省去這項(xiàng)投入，并通過程序?qū)⑦@項(xiàng)工作簡單化，操作人員只需按照人機(jī)界面上的提示進(jìn)行操作即可。另外，由于掛版或安裝維護(hù)等造成的初始相位偏移，也可在人機(jī)界面上隨意調(diào)整，無需停機(jī)或斷電。
(7) 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的應(yīng)用使設(shè)備省掉了大量繁瑣的安裝配線工作和占用空間，保障了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定、快速和準(zhǔn)確，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。
5 結(jié)束語
由于系統(tǒng)具有上述特點(diǎn)，尤其是其高效、高精度、高靈活性的優(yōu)勢，應(yīng)用在設(shè)備上后引起眾多包裝、印刷企業(yè)關(guān)注。但此類技術(shù)目前國內(nèi)只有幾家采用，且多為引進(jìn)或合資合作技術(shù)，尚無自主知識產(chǎn)權(quán)，其高昂的價(jià)位也令許多企業(yè)，特別是中小企業(yè)望而卻步。根據(jù)市場需求，我們開發(fā)出本系統(tǒng)并介紹給大家，真誠希望能對大家有所啟發(fā)，促進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)的推廣，為更多企業(yè)創(chuàng)造更好的效益。