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的應用案例，該方案使用英威騰VS系列HMI +AX70中型PLC+DA200伺服+伺服電機+GD20變頻器，該方案具有完整支持 IEC61131-3 編程體系、支持 EtherCAT 現場(chǎng)實(shí)時(shí)總線(xiàn)和凸輪同步控制等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)該方案可進(jìn)一步提高柔版印刷機的生產(chǎn)速度，提升套色精準度和操作交互易用度。 

一、引言

進(jìn)入20世紀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用?，F在在工業(yè)發(fā)達國家，柔性板印刷在包裝印刷中已占據主導地位。

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

本文中的編織袋柔印印刷設備通過(guò)英威騰AX70中型PLC電子凸輪功能控制伺服驅動(dòng)牽引輥和印刷輥做位置同步運動(dòng)，達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。此方案節省了設備機械成本，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(shí)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(guò)程中材料會(huì )有不同程度的變形容易產(chǎn)生印刷套色的偏差。加上印刷輥負載慣量大，只能通過(guò)緩慢加速和減速進(jìn)行啟動(dòng)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行速度，這個(gè)過(guò)程會(huì )導致加速和減速過(guò)程套色精度的偏差過(guò)大，造成廢片。為解決這一難點(diǎn)，英威騰通過(guò)程序優(yōu)化使得印刷輥加速與減速的過(guò)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(dòng)作，避免了加減速過(guò)程中套色偏差。同時(shí)，采用高精度色標傳感器在100米/分鐘的運行速度下精準對標調節。

二、 編織袋套色柔版印刷機工作原理及介紹

1、設備整體

圖1 機械結構示意簡(jiǎn)圖

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

2、放卷動(dòng)作

放卷部分由放卷變頻器、屯料機構、屯料電位器和糾偏系統組成。

為配合不同料長(cháng)和印刷版長(cháng)，牽引輥的動(dòng)作速度為同步速度-加減速-同步速度。需要屯料機構平緩放料動(dòng)作，使得放料變頻器勻速運行。屯料機構動(dòng)作中反饋模擬量信號給控制器，控制器PID計算后，調節變頻器頻率，使得屯料機構始終運行在模擬量信號范圍內，保持放料張力的穩定。

糾偏系統為外部獨立系統，根據料邊位置反饋控制電機左右移動(dòng)放料料卷，控制放料邊對齊。

3、牽引動(dòng)作

牽引部分分為前牽引與后牽引兩個(gè)伺服軸。

牽引軸根據不同的料長(cháng)與印版長(cháng)度按照規劃的電子凸輪動(dòng)作。牽引間張力控制時(shí)通過(guò)設置后牽引凸輪從軸比例實(shí)現,使得后牽引運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(dòng)作

印刷輥跟隨主軸做同步動(dòng)作，以勻速運行為主。每個(gè)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，由傳墨機構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(dòng)作

收卷部分由收卷變頻器、屯料機構、屯料電位器組成。

為配合不同料長(cháng)和印刷版長(cháng)，牽引輥的動(dòng)作速度為同步速度-加減速-同步速度。需要屯料機構平緩收料動(dòng)作，使得收料變頻器勻速運行。屯料機構動(dòng)作中反饋模擬量信號給控制器，控制器PID計算后，調節變頻器頻率，使得屯料機構始終運行在模擬量信號范圍內，保持收料張力的穩定。 

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(guò)EtherCAT高速總線(xiàn)進(jìn)行同步控制。AX70中型PLC與觸摸屏通過(guò)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通訊修改伺服驅動(dòng)器模擬量輸出口進(jìn)行控制，提高了變頻器頻率響應速度，同時(shí)節省了電氣成本。 

3.2系統拓撲圖

圖2 電氣系統拓撲圖

3.3 電氣選型

3.4現場(chǎng)電氣柜圖

圖3 現場(chǎng)電氣柜圖 

四、方案特點(diǎn)

1.滿(mǎn)速印刷功能

以前的編織袋套色印刷系統，使用單個(gè)凸輪曲線(xiàn)進(jìn)行規劃不同來(lái)料長(cháng)度和印刷版長(cháng)的動(dòng)作，只能在印刷輥停止的狀態(tài)進(jìn)行凸輪嚙合。再由于印刷機特性限制：一、輥機械慣量較大，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(huì )有不同的位置偏移。使得加速段與減速段印刷偏差過(guò)大，造成廢片、浪費印刷材料。

現在使用英威騰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(guò)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3圈上墨后，牽引運行加速凸輪，直接加速到生產(chǎn)速度同步印刷。停機減速時(shí)，牽引運行減速凸輪，直接脫開(kāi)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(dòng)作位置與速度曲線(xiàn)

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)行加速運行，使得在不影響印刷效果的情況下加快了設備整體運行速度。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(dòng)作位置與速度曲線(xiàn)

3. 牽引滿(mǎn)版倒退功能可設最小倒退速度

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

圖6牽引倒轉限速曲線(xiàn)

圖7牽引倒轉無(wú)限速曲線(xiàn)

4. 色標伺服DI捕獲功能

色標捕獲采用伺服驅動(dòng)內部中斷抓取編碼器位置方式，擁有精度高，色標不易丟標的優(yōu)點(diǎn)，且色標對位由伺服驅動(dòng)內部中斷抓取編碼器位置。在來(lái)料速度100米/分鐘的情況下，對標精度達到0.15mm，且色標窗口內如果有多個(gè)色標抓取信號，會(huì )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(gè)別色標損壞的特點(diǎn)。

圖8 伺服捕獲

五、結束語(yǔ)

英威騰編織袋柔性印刷機整體解決方案，應用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(hù)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(huì )因為加減速段造成套色偏差，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(lái)料速度100米/分鐘的情況下，對標精度達到0.15mm。