摘要：簡(jiǎn)要介紹了當前壁紙的市場(chǎng)情況，結合壁紙機的設備結構以及工藝，推出Lenze自動(dòng)化控制系統在圓網(wǎng)凹印一體壁紙印刷機上的解決方案及其結構特點(diǎn)，并對圓網(wǎng)凹印一體壁紙印刷機和Lenze自動(dòng)化控制系統提出展望。

關(guān)鍵字：凹版 圓網(wǎng) 收放卷 壓花 虛軸 位置同步 張力控制

1 前言

壁 紙是目前市場(chǎng)上應用十分廣泛的室內墻面裝飾材料，以色彩豐富、肌理質(zhì)感強、圖案豐富、綠色環(huán)保、裝飾效果高貴典雅優(yōu)越而越來(lái)越受到人們的青睞。壁紙又是一 種具有綠色環(huán)保理念的高科技產(chǎn)品，講究環(huán)保，采用多種材質(zhì)，具有不同的藝術(shù)效果，消費者可根據個(gè)人喜好選擇自己喜歡的款式。隨著(zhù)我國經(jīng)濟和社會(huì )的不斷發(fā) 展，人民生活水平的不斷提高，壁紙的用途也越來(lái)越廣泛，用量也越來(lái)越大，壁紙市場(chǎng)異?；鸨?。

2 壁紙印刷機的設備結構及工藝
壁 紙的印刷主要分凹版印刷和圓網(wǎng)印刷兩大類(lèi)，兩種工藝各有千秋。凹版印刷壁紙的特點(diǎn)是著(zhù)墨均勻，層次感強，印刷精度高；圓網(wǎng)印刷的特點(diǎn)是上漿量大，它將不同 顏色和配方的PVC漿料印到紙基上以后，經(jīng)過(guò)烘箱發(fā)泡，讓這些漿料發(fā)泡成高低不一、立體感強、手感柔軟的產(chǎn)品。目前市面上的凹版印刷機或圓網(wǎng)印刷機已無(wú)法 滿(mǎn)足生產(chǎn)的需求，開(kāi)始被日益成熟的圓網(wǎng)凹印一體壁紙印刷機逐漸取代。

圓網(wǎng)凹印一體壁紙印刷機設備的工藝大致為：雙工位放卷→燙平機構→印刷組單元（圓網(wǎng)與凹?。?rarr;（臥室烘箱→壓花機）或雙工位收卷，如圖1所示。

圖1 圓網(wǎng)凹印一體壁紙印刷機設備工藝

注：目前市面上的圓凹一體壁紙印刷機一般在有壓花機的情況下，其后面不再會(huì )有雙工位收卷，而由收大卷或者收小卷取代；在沒(méi)有壓花機的情況下，才會(huì )有雙工位收卷，因為規模較大的印刷廠(chǎng)，一般會(huì )有單獨的壓花生產(chǎn)線(xiàn)，規模較小的印刷廠(chǎng)才會(huì )在壁紙生產(chǎn)線(xiàn)上安裝壓花機。

1．雙工位放卷：由雙工位放料架和輸入牽引部分組成，放料軸采用氣漲軸和磁粉制動(dòng)器，配有磁粉張力檢測及張力控制器，控制放卷張力，并具備不停機接紙功能。

2．燙平機構：由內部充滿(mǎn)滾熱油脂的三個(gè)內部空心的鋼輥組成，這三個(gè)鋼輥的直徑擁有一定的差值，其主要作用是在張力作用下，紙張貼緊燙平輥，在滾油的熱力作用下使紙張變得平整。

3． 印刷組單元：印刷組單元包括凹版輥，圓網(wǎng)輥立式烘箱和冷水輥。凹版輥一般采用激光電雕法在鋼輥上雕刻而成，凹版印刷是一種直接的印刷方法，它將凹版凹坑中 所含的油墨直接壓印到承印物上。圓網(wǎng)由鎳金屬制造，又稱(chēng)鎳網(wǎng)，呈六邊形網(wǎng)孔，圓網(wǎng)印刷是利用刮刀使圓網(wǎng)內的色漿在壓力的驅使下印制到織物上去的一種印刷方 式。立式烘箱由烘箱箱體、軸流風(fēng)機和燃燒器組成。當天然氣進(jìn)入燃燒器后，烘箱箱體內的空氣會(huì )被加熱，在軸流風(fēng)機的動(dòng)作下，熱空氣會(huì )被均勻吹散在立式烘箱 內，這樣壁紙就會(huì )被很勻稱(chēng)地烘干。冷水輥中充滿(mǎn)循環(huán)冷凝水的內部為空心的鋼輥，其作用是經(jīng)過(guò)立式烘箱烘干的壁紙迅速冷卻下來(lái)以進(jìn)入下一色組印刷。

4 . 臥式烘箱：其構成與立式烘箱相同，但是其較立式烘箱更矮更長(cháng)一點(diǎn)，作用是供圓網(wǎng)印刷發(fā)泡使用。

5 .  壓花機：由壓花輥和四缸冷卻機構成，其作用是使壁紙印刷圖案在臥烘內經(jīng)高溫發(fā)泡以后，可形成凹凸不平圖案的立體壁紙。壓花機的作用是利用壓花輥在凸出來(lái)的花紋上按壓使其更具有立體感。

6 . 雙工位收卷：收卷部采用雙工位回轉收料架，氣漲軸收料，配備擺輥式全閉環(huán)張力控制系統，控制收卷張力，張力的調節由精密調壓閥設定，低摩擦氣缸執行。

壁紙生產(chǎn)工序流程：

原紙發(fā)送→涂布→干燥（膠化）→冷卻→印刷→版間干燥→加熱軟化→壓花→冷卻→裁邊→儲料、檢驗→卷取→裝箱→入庫。

3 Lenze解決方案

Lenze 提出以中央運動(dòng)控制器3200C為核心的自動(dòng)化控制系統方案。在顯示層采用獨立的HMI P300控制器，在控制層采用I/O 1000和3200C的完美組合可執行所有邏輯控制。在驅動(dòng)層采用具有緊湊性和高靈活性的創(chuàng )新型伺服驅動(dòng)器i700以及結構緊湊、動(dòng)態(tài)響應性好且采用可插 拔鏈接設計的MCS和MCA電機，更可靠地實(shí)現高精度運動(dòng)控制功能。

基于運 動(dòng)控制器的3200C運動(dòng)控制系統可以為更復雜、更精密的設備提供更完美的控制，在很大程度上能提高設備的控制性能，邏輯控制和運動(dòng)控制不在分家，而是由 同一套編程軟件PLC De-signer來(lái)完成，不再為運動(dòng)控制和邏輯控制的配合而擔憂(yōu)?？刂葡到y采用板載的高性能實(shí)時(shí)總線(xiàn)系統EtherCAT，其協(xié)議處理完全在硬件中進(jìn) 行，通過(guò)總線(xiàn)可以形成超高速控制回路，使網(wǎng)絡(luò )性能達到了一個(gè)新境界，實(shí)現傳統的現場(chǎng)總線(xiàn)系統無(wú)法迄及的控制理念。

圓網(wǎng)凹印一體壁紙印刷機網(wǎng)絡(luò )拓撲如下圖2所示。

圖2 系統拓撲圖

該 系統以3200C運動(dòng)控制器為核心，囊括了若干臺驅動(dòng)i700，一臺9400，若干臺MCS電機，一臺MCA電機和四臺異步電機，其中跟隨虛軸做位置同步 的MCS和MCA電機分別實(shí)現圓網(wǎng)印刷，凹版印刷，壓花和冷水輥張力調整，跟隨虛軸做速度同步MCS電機的實(shí)現燙平機全閉環(huán)張力控制，緊以虛軸作為速度來(lái) 源，獨立控制的四臺異步電機分別實(shí)現收卷和放卷。

由于Lenze控制系統出色的表現以及與客戶(hù)機械的完美配合，該圓網(wǎng)凹印一體壁紙印刷機生產(chǎn)速度凹版可達100m/min，圓網(wǎng)可達80m/min，無(wú)套準情況下套印精度可達0.15mm。

4 實(shí)現的主要功能

（1） 采用虛擬電子軸控制，來(lái)實(shí)現多軸位置的同步印刷：采用虛擬軸作為主軸，使其它各印刷軸同步于虛軸，采用虛軸可以減少干擾和波動(dòng)，提高印刷精度。

（2） 雙工位收放卷和不停機接料：采用L_TT1P_WinderDancerCtrlHigh來(lái)控制的收放卷只需要鍵入初始卷徑，擺桿左右限位等關(guān)鍵參數，便 可輕松實(shí)現基于初始卷徑的自動(dòng)卷徑計算，自動(dòng)繃料等收放卷控制，操作簡(jiǎn)單，通俗易懂。收卷還帶有錐度張力功能，無(wú)需額外增加設備即可實(shí)現內緊外松收卷的完 美控制。
任意速度的雙工位放卷和收卷不停機接料，避免了由于停機帶來(lái)的耗材損耗和生產(chǎn)耽誤，節約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

（3） 進(jìn)牽引閉環(huán)張力控制，全色組張力監控和間接控制：
壁 紙機張力的控制程度直接關(guān)系到壁紙的印刷精度，因此壁紙印刷的關(guān)鍵就是對張力的控制。在燙平機和一色印刷單元，每相鄰兩個(gè)印刷單元之間均裝有張力傳感器來(lái) 實(shí)時(shí)控制或監測機組單元當前的張力狀況。燙平機伺服軸需要做全閉環(huán)張力控制，對送料做精準控制，張力控制在設定值2%左右。每相鄰兩個(gè)印刷單元之間因張力 的調整需要平緩，故通過(guò)調節冷水輥伺服軸的電子齒輪來(lái)微量改變其線(xiàn)速度，間接、緩慢地改變印刷單元之間的張力，以實(shí)現張力的平衡。

（4） 預對花以及追花功能：
預對花功能，即保留原來(lái)生產(chǎn)印刷某一時(shí)刻各個(gè)印刷軸當前位置的功能。在下一次印刷前，讓各個(gè)印刷軸移動(dòng)到上次印刷時(shí)所記憶的位置。預對花功能的引入大大降低了機器在印刷準備階段的廢料，為企業(yè)節省了大量的原材料。
追花功能，即調整兩色印刷或某幾色印刷軸之間的相位差來(lái)實(shí)現高精度的印刷。

（5） 獨立壓花功能
經(jīng) 過(guò)壓花后的壁紙更具有立體逼真感。然而并非每一種壁紙都適合壓花，且壁紙在壓花前還對溫度有一定的要求。在這種情況下，獨立壓花系統應運而生。在需要壓花 時(shí)采用電氣壓花系統投入，不需要壓花時(shí)進(jìn)行壓花系統切除。同時(shí)壓花系統也可以進(jìn)行預對花和追花，確保最大限度地節省原材料。

5 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

1) i700具有安裝體積小，通過(guò)直流母排供電，通過(guò)控制系統自動(dòng)下載參數/固件，可插拔連接技術(shù)等特點(diǎn)，可為客戶(hù)節省許多電柜安裝空間，提高電源使用效率，更輕松地實(shí)現參數修改和固件升級，為替換和維護帶來(lái)更多的便捷。

2) 控制系統板載EtherCAT，使控制網(wǎng)絡(luò )性能達到了新的高度，很大程度上提高了設備的性能。

3) 搭載Intel? Atom? 1.6 GHz高性能的3231C處理器，免電池無(wú)風(fēng)扇設計，確保設備無(wú)需維護。此外，設備采用可插拔式存儲卡設計，便于更換。

4) 基于PLC Designer的L_TT1A_TechnologyModules針對特定的應用開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的功能塊，例如針對收放卷有擺輥控制收放卷技術(shù)模塊 （Dancer-Controlled Winder technology module）或者張力控制收放卷技術(shù)模塊（Tension-Controlled Winder technology module）；針對凸輪控制有電子凸輪技術(shù)模塊（FlexCAM technology module）等，Lenze將多年的行業(yè)應用經(jīng)驗融入其中，讓特定控制變得更加專(zhuān)業(yè)，同時(shí)操作更加簡(jiǎn)單，大大地減少了編程的工作量。

5) 使用基于PLC Designer編程軟件的技術(shù)模塊Application Template PackML模板編程。

6) 花20%的時(shí)間便可完成80%的工作，為客戶(hù)機器上市節省了大量的時(shí)間。

6 展望

壁 紙印刷機在發(fā)展初期為凹版機械通軸，印刷產(chǎn)量低，精度差。后來(lái)發(fā)展為凹版電子軸和圓網(wǎng)電子軸，雖然精度和產(chǎn)量都有所提高，但其生產(chǎn)的產(chǎn)品仍較單一，而當前 新興的圓網(wǎng)凹印一體壁紙印刷機克服了以上所有缺點(diǎn)，不僅生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品精度高，而且在工藝方面還取得了很大的突破，可實(shí)現圓網(wǎng)打底、凹版套印，還能開(kāi)發(fā) 出更多品質(zhì)優(yōu)美的產(chǎn)品。相信隨著(zhù)壁紙市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展和人們對壁紙品質(zhì)要求的進(jìn)一步提高，圓網(wǎng)凹印一體壁紙印刷機勢必會(huì )成為行業(yè)的領(lǐng)軍者。

工業(yè)4.0的戰火已經(jīng)燃起，而工業(yè)自動(dòng)化控制更是核心，相信Lenze將以其卓越的運動(dòng)控制器，完美的驅動(dòng)，無(wú)與倫比的減速機打造出性能更加出色的自動(dòng)化控制系統，為第四次工業(yè)革命增磚添瓦。