利用三菱PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)印刷機(jī)的精確控制

1 引言
近年來，隨著我國自動(dòng)化技術(shù)的提高，工廠自動(dòng)化也上了一個(gè)新臺(tái)階。PLC作為一個(gè)新興的工業(yè)控制器，以其體積小,功能齊全，價(jià)格低廉，可靠性高等方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。
作為國內(nèi)最大的印刷機(jī)生產(chǎn)廠家---北人集團(tuán)公司，為了使產(chǎn)品性能穩(wěn)定，易于維護(hù)，我們采用了以PLC為主控器的控制方案。由于雙色印刷機(jī)要求易于操作，精度高，故其輸入，輸出點(diǎn)較多，因此采用了雙機(jī)通訊。上位機(jī)采用三菱FX2N-80MR+32EX+4D/A，主要負(fù)責(zé)主傳動(dòng)的控制，各機(jī)組離合壓的控制，以及氣泵，氣閥的控制等。下位機(jī)采用三菱 FX2N-64MR+4A/D,主要負(fù)責(zé)水輥電機(jī)的控制，主傳動(dòng)的調(diào)速輸出，調(diào)版電機(jī)數(shù)據(jù)采集等。同時(shí)選用了一臺(tái)三菱5.7寸觸摸屏，主要負(fù)責(zé)水輥電機(jī)速度顯示，調(diào)版顯示，以及整機(jī)故障顯示等。本系統(tǒng)運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，操作簡便直觀，大大提高了膠印機(jī)的檔次，受到用戶好評(píng)。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：




其中，上位機(jī)與下位機(jī)采用了RS485通訊，通訊方便，可靠。對(duì)多色機(jī)而言，安全因素很重要。在設(shè)計(jì)中，每個(gè)機(jī)組既要考慮到安全控制，其中包括本位機(jī)組的急停，安全按鈕；還要考慮方便操作，包括每個(gè)機(jī)組均應(yīng)有正點(diǎn)，反點(diǎn)按鈕。因此，一方面輸入點(diǎn)增加很多；另一方面，走線也很不方便。采用雙機(jī)通訊，可以很好地解決此問題，各機(jī)組的走線可以按照就近原則，進(jìn)入離它較近的控制柜內(nèi)，既節(jié)省了走線，也方便了控制。
由于印刷機(jī)是一個(gè)精度較高的機(jī)械，印刷品的好壞一方面在于機(jī)械加工以及安裝的精度，另一方面，也取決于水路，墨路的平衡以及合壓的準(zhǔn)確性。雙色機(jī)的每一色組，都有水路和墨路裝置。為了便于水輥速度的調(diào)節(jié)，每根水輥都用一個(gè)變頻器控制，同時(shí)，主電機(jī)速度也需要變頻器調(diào)節(jié)。因此，為了實(shí)現(xiàn)多路速度調(diào)節(jié)，我們采用了三菱4D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它將PLC方給出的數(shù)字量，根據(jù)相應(yīng)的算法，轉(zhuǎn)換成0~10V直流電壓輸出，很好地實(shí)現(xiàn)了多路速度調(diào)節(jié)要求。
在印刷過程中，調(diào)版是一個(gè)比較繁瑣的過程。尤其對(duì)多色機(jī)來說，各組版對(duì)正的精度會(huì)對(duì)印品產(chǎn)生很大的影響。如果套印不準(zhǔn)，印刷品就會(huì)出現(xiàn)字面重疊或影像不清。一般來說，印版軸向調(diào)節(jié)范圍為-2mm~+2mm　,周向調(diào)節(jié)范圍為-1mm~+1mm。如果使用手動(dòng)調(diào)版，會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間，而且精度不高。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打版，我們在版輥上安裝了電位器，通過電位器將模擬量傳送給4A/D，經(jīng)過PLC處理，可將版輥的轉(zhuǎn)動(dòng)精度很好地控制在打版范圍內(nèi)。
觸摸屏作為一種新型的人機(jī)界面，從一出現(xiàn)就受到關(guān)注，它的簡單易用，強(qiáng)大的功能及優(yōu)異的穩(wěn)定性使它非常適合用于工業(yè)環(huán)境。用戶可以自由地組合文字，按鈕，圖形，數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理隨時(shí)可能變化的信息。隨著機(jī)械設(shè)備的飛速發(fā)展，以往的操作界面需由熟練的操作員才能操作，無法提高效率。但使用人機(jī)界面，能明確指示并告知操作員機(jī)器設(shè)備目前的狀況，使操作變得簡單生動(dòng)。使用觸摸屏，還可以使機(jī)器配線標(biāo)準(zhǔn)化，簡單化，同時(shí)也能減少PLC控制所需的I/O點(diǎn)數(shù)，降低生產(chǎn)成本，也相對(duì)提高整套設(shè)備的附加價(jià)值。三菱觸摸屏和三菱PLC有很好的通用性，能在線監(jiān)視并修改程序，不必很麻煩的重復(fù)插拔接口。
3 軟件設(shè)計(jì)

3．1 給紙?jiān)O(shè)計(jì)
印刷機(jī)整體的電氣設(shè)計(jì)還是比較復(fù)雜的，對(duì)時(shí)間的要求也很嚴(yán)格。在機(jī)器的很多地方裝有接近開關(guān)，用來檢測不同的時(shí)間點(diǎn)。在印刷過程中，走紙的好壞是影響機(jī)器質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。所謂紙走的好壞，指的是無歪張，雙張等現(xiàn)象，如果有歪張，雙張現(xiàn)象，在高速情況下，就會(huì)將走壞的紙，卷入機(jī)器內(nèi)，從而破壞膠皮，給用戶帶來很大損失。此過程流程如下：




在實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)，按照上述流程編制的程序，在低速?zèng)]有問題，但速度增高至7000r/h后，就會(huì)出現(xiàn)歪張鎖不住現(xiàn)象。究其原因，主要是因?yàn)楣忸^反應(yīng)時(shí)間和磁鐵動(dòng)作時(shí)間滯后造成。程序在執(zhí)行過程中，采用循環(huán)掃描方式，為了讓電磁鐵輸出提前，在設(shè)計(jì)中，我采用了中斷和三菱編程指令的輸入輸出刷新指令，使電磁鐵輸出立即執(zhí)行，提前了電磁鐵動(dòng)作時(shí)間，即使在12000r/h的速度下，也能很好的鎖住有故障的紙張，解決了給紙的一大難題。
3．2離合壓設(shè)計(jì)
離壓，合壓在印刷中具有很重要的作用。離合壓的準(zhǔn)確性，對(duì)印品質(zhì)量的好壞有著直接的影響。合壓過早，會(huì)弄臟壓印輥筒，給操作帶來很多不便；離壓過早，會(huì)使最后一張紙印不上完整的圖案，造成紙張浪費(fèi)。
在設(shè)計(jì)中，離壓，合壓的程序流程如圖所示：




印刷時(shí)，版輥筒與膠皮輥筒先合壓，膠皮輥筒與壓印輥筒后合壓。在我們的機(jī)器中，合壓全部采用了氣動(dòng)裝置，每個(gè)氣缸都有一個(gè)動(dòng)作時(shí)間。由于印刷速度是多段速，在3000~12000r/h之間，根據(jù)用戶需要可選擇不同的速度。但是，氣缸動(dòng)作時(shí)間是一定的，齒輪轉(zhuǎn)過角度是一定的，因此，機(jī)器速度不同時(shí)，合壓時(shí)間也不同。為了解決此問題，我們根據(jù)理論計(jì)算值，找出對(duì)于不同機(jī)器速度時(shí)，機(jī)器的延時(shí)時(shí)間。采用比較指令，當(dāng)機(jī)器段速與理論值相等時(shí)，延時(shí)相應(yīng)的時(shí)間，使壓印輥筒與膠皮輥筒準(zhǔn)確合壓。經(jīng)過多次試驗(yàn)，離壓，合壓都沒有問題。
3．3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)
在人機(jī)界面中，設(shè)計(jì)了7幅畫面，包括整體圖形，故障顯示，機(jī)器速度和計(jì)數(shù)顯示，水輥速度顯示，調(diào)版監(jiān)控等。故障顯示使用指示器，給出位元件即可實(shí)現(xiàn)閃動(dòng)效果，讓操作者很方便的知道故障部位，整體感很好。在水輥速度顯示中，設(shè)計(jì)了一個(gè)柱狀圖，可以顯示水量增加大小，只需按下柱狀圖，就可增加水量，同時(shí)也可方便監(jiān)控。如圖所示：




4． 結(jié)束語
印刷機(jī)的一套電氣設(shè)計(jì)屬于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括硬件，軟件設(shè)計(jì)，涵蓋范圍較廣。這里，我只簡單介紹了其中比較重要的幾部分，其它細(xì)節(jié)還有很多，這里不再一一列舉。使用三菱的一套控制系統(tǒng)，感覺可靠，方便，在機(jī)器批量生產(chǎn)過程中，沒有發(fā)現(xiàn)大問題。其PLC功能齊全，可靠耐用，指令簡潔，與其他產(chǎn)品相比，感覺三菱整體軟件系統(tǒng)界面都比較友好，給用戶編程，維修都帶來極大方便。其觸摸屏與PLC有很好的通用性，可通過觸摸屏]監(jiān)視并修改程序，這是其它產(chǎn)品所不能匹及的。總之，三菱的工控元件給設(shè)計(jì)人員和用戶都帶來了很多方便。