印刷机表格机控制系统分析及应用

摘 要 ：本文介绍胶印表格机电气控制系统的配置、主要功能，以及胶印表格机系统的数学模型。并对台达Open-PLC控制系统、变频器，人机界面等产品特点进行详细论述。 英文摘要 ：This article introduces the main configuration and function of electrical control system for printing machine and mathematic model of the whole system. In the paper the author describes the Delta series products characteristic, such as Open-PLC control system, inverter, human-machine interface etc. 关键词： 胶印表格机 Open-PLC 变频器 人机界面 速度跟踪 定位 满印 1 引言 近年来, 国内票据多用电脑表格印刷机印刷, 胶印表格机市场需求不断增大, 胶印表格机主要依靠进口,国内生产市场为空白。因此, 2000年威海印刷机械有限公司委托我公司研发了WIN155胶印表格机电气控制系统。该系统应用Open-PLC的强大功能, 完成变频主轴和伺服轴的高速同步,并完成高精度定位和表格纸满张印刷(简称满印), 通过通讯模块和辅机变频器的通讯, 完成主从同动控制, 满足高精度低成本的需求。目前, 该产品已经在国内形成批量生产。 2 技术要求 (1) 印刷纸张长度7inch~14inch,印刷最大纸张宽度381inch; (2) 主机可点动操作和连续操作运行; (3) 主机未运行时, 每次能单张进给纸张一张, 或反纸一张; (4) 能单张或连续满张印刷，能单张或连续跳印印刷; (5) 印刷精度0.05mm; (6) 主机、开卷、放卷同步; (7) 主机速度6000r/min，送纸机跟随同步; (8) 人机化操作, 纸张尺寸可调, 主机速度可调，计数显示，转速显示等。 3 工艺 3.1 设备组成 WIN155胶印表格机有三部分组成, 分为开卷机、放卷机和表格印刷主机三部分组成;开卷机主要电器由光电开关、变频器和张力控制器组成, 放卷机同样由光电开关、变频器和张力控制器组成, 表格印刷主机则由光电开关、变频器、编码器、Open-PLC控制系统、触摸屏、伺服等组成。 3.2 功能 (1) 开卷机作用是把卷筒纸裁切好定宽, 按设定速度输送给主机, 此速度可调且受主机速度控制; (2) 主机的作用是把开卷机送来的纸按张印刷, 且印刷尺寸可调; (3) 收卷机作用是把印刷好的纸收成卷筒，收纸速度跟随主机印刷速度。 3.3 技术难点 (1) 主机送纸轴间隙高精度跟随高速变频主轴传动速度; (2) 印刷纸张要达到满印要求。 4 控制方案 4.1 控制方案简述 (1) 采用Open-PLC高速度两轴定位模块，完成送纸伺服间隙跟随变频主轴速度运行，而且高精度定位，定位误差小于0.02mm; 变频主轴上安装双线性编码器，反馈到Open-PLC定位模块上，通过高速定位模块检测变频主轴的速度，并以此来控制伺服轴的速度, 且由编码器零点信号来控制伺服轴的启动, 设定的纸长决定了伺服运行到位; (2) 采用Open-PLC的通讯模块，完成和开卷机、收卷机的两台变频器的通讯，开卷机、收卷机速度由主轴速度给定，它们的调节由装在开卷机、收卷机上的光电开关控制，从而完成卷筒纸的连续印刷; (3) 人机界面作为印刷速度、纸张长度、印刷张次计数等数据设定窗口，和Open-PLC通讯完成对设备的速度连续可调功能，纸张长度可按设定控制，同时显示Open-PLC系统检测的设备信息和报警状态。 4.2 数学模型 (1) 主轴和伺服线速度同步计算 主轴角速度×主轴周长=伺服轴角速度×伺服轴周长; (2) 送纸长度脉冲数计算 送纸长度脉冲数=送纸长度×伺服轴每周脉冲数÷伺服轴周长; (3) 定位精度计算 送纸定位精度=控制器定位精度×伺服轴周长÷伺服轴每周脉冲数; (4) 主轴的角速度计算 主轴的角速度=编码器单位时间的脉冲数÷编码器的每周脉冲数; （5) 开卷机、收卷机角速度给定计算 开卷机、收卷机角速度=主轴的角速度×主轴周长÷开卷机、收卷机给纸的周长。 4.3 疑难问题的解决 (1) 伺服轴从零速启动跟随已经高速运转的主轴, 肯定存在着位置差, 为弥补这个差异, 伺服启动点前移, 这就解决印刷位置速度同步问题; (2) 伺服启动点前移, 能解决速度跟随, 前面却有一段不能印刷, 造成不能满张印刷, 为解决此问题, 可在印刷一次后, 返回定长纸张, 这样就彻底解决了速度跟随和满印问题。 5 发展方向 胶印表格印刷机械在国内发展迅速，现在正向多色、多机联动方向发展，Open-PLC定位控制系统具有模块化设计，可扩容性强等特点，在未来的定位控制系统市场里有不可替代的作用。 6 结束语 通过以上分析, 我们在了解工艺需求, 考虑各需求之间关系, 选择合适经济的器件。我们利用台达PLC、变频器、人机界面及伺服系统能给用户提供一系列产品, 给出适合解决方案。此系统可以延伸到张力控制, 生产线同速控制。