自从发 明了活字印刷术以来,印刷技 术经历了几千年的发展,已趋于成熟。但随着 工业控制技术的不断发展,印刷机 的控制技术也在不断的进步,越来越向数字化发展。而自动 控制系统的使用使复杂的印刷工艺变得简单精确。


     


      印刷轴 与拖料轴之间的动作关系如上图所示。各印刷 轴没有传动螺杆连接,各自进行独立运行,由于印 刷模板长度的限制,不能进行满版印刷,印刷轴 以一定速度单方向匀速运转,当印刷 版开始接触纸张(图A)时,纸张与 印刷轴线速度相等(图B),且方向相同,开始印刷。当印版 印刷动作结束时(图C),即纸张 与印刷版脱离运行时,纸张开 始减速停止并反方向运行一段距离(图D)。当印版 再一次与纸张接触开始印刷时,纸张保 持与印刷滚筒线速度相同方向相同,这样在 印版与纸张接触时始终保持印刷轴与纸张的同步关系,当印刷 轴与纸张脱离时纸张作回退动作时,在整个 动作过程中两拖料轴始终同进、同退保持同步。通过在 印刷轴空版时纸张的回退,相邻的 印刷图案可以精密地排列,节省了纸张,所以半 轮转印刷在一些窄幅印刷机上应用很普遍。


      电气原理

      应用在 这种印刷机上的电气系统,首先,由于采用无轴印刷,各印刷 轴之间没有机械连接,所以得 保证若干印刷轴之间高精度同步运转,从而保 证多种色彩之间套色精准。其次,由于作 间歇式印刷动作,两拖料 轴不仅要同步运行,还要根 据印刷主轴的位置作前进与回退动作,这就要 求上位控制器拥有高速和复杂的运算能力。普通的PLC已经很 难达到这样的要求,除此之外,要保证 印刷机可以高速、高效率的工作,高响应 性的电机也是必不可少的。


     


      系统构成如上图所示。在该系 统中作为上位机的安川MP2300运动控 制器是一款集多种功能于一身的高速高性能控制器,最多可以控制48根轴,可以根 据具体要求选用不同的控制模块以实现各种功能。可以进行定位、恒速进给、插补、扭矩控制和相位控制,还具有 齐全的通信功能,具备RS232、RS485、RS422、Ethernet、DeviceNet、Profibus等通信协议。另外,还具备 发脉冲和模拟量信号的功能。除此之外MP2300也可以 接收外部编码器信号进行计数,对于要 进行复杂运动的两拖料轴来说,安川高 响应型的伺服电机完全可以满足要求,这款电 机具有高响应频率.最高转速可以达到5000r/min。


      在各电 气设备的通信中,安川MP2300运动控制器采用MECHATROLINK-Ⅱ高速现场总线(通信速率为10Mbps)与各轴 伺服电机进行通信。从而大 大缩减了通信线路,实现了标准化的连接,同时也 减小了受干扰的可能性。通过RS232/RS485连接的 触摸屏作为人机界面,通过RS232/Ethernet等与上位机进行通信。整个系 统的动作处理和逻辑运算都由MP2300运动控制器完成,程序的编制则通过MP2300编程软件MPE720在上位机中来完成的,编程语言为类似于PLC的梯形语言。除此之外,MP2300还具有 文本语言程序编辑器—运动程 序以及函数调用等功能,多种形 式的编程语言可以大大方便复杂功能的实现。


      解决方案

      首先,为了各 种颜色的印刷轴之间保持同步运行,在安川MP2300控制器中,使用了电子轴功能,实现无 需机械传动轴的无轴同步运行。电子轴功能是安川MP2000系列控 制器中一种带位置补偿的速度控制功能,安川著 名的铅笔芯试验(两台伺 服电机相对着作高速加减速运行,中间以0.5mm铅笔芯连接,在整个 运行过程中保持铅笔芯不断裂)就是使 用了电子轴功能。但是,在印刷过程中,由于纸 张的伸缩性很大,印刷轴 绝对的同步往往使印刷出的图案会有错位,传统的 解决方式是进行机械微调套准,现在使用MP2300运动控 制器的位置补偿功能,只需在 上位机上输入补偿值,即可在 各印刷轴之间进行套准作业,大大简化了操作,实现了智能化。


      其次,由于印 刷机采用间歇式印刷,所以两拖料轴作前进、后退和再前进动作,在此过程中,拖料轴 不仅要在匀速印刷时与印刷模版同步运行,还要根 据印刷主轴的位置作凸轮运转,在MP2300控制器 中采用了电子凸轮功能,即根据 印刷主轴的位置作任意规定轨迹的运行。


      如下图所示,把印刷 轴的一转设定为一个周期,即360°,在MP2300的程序编辑中,可以假定人为规定0-x度时拖料轴从0r/min加速到 印刷主轴的运行速度,x-y度(具体长 度根据印刷版的长度来设定),拖料轴 拖动纸张与印刷轴同步印刷,y-z度减速停止,z-360度之间 拖料轴回退一定距离,这样再 进行下一个印刷周期。


     


      由于两 拖料轴都使用电子凸轮功能,而电子 凸轮功能拥有专门的速度补偿参数,所以在 前后拖料轴之间设定一定的速度补偿差值,就可以 使两拖料轴之间的纸张始终处于涨紧状态,从而更 好地保证印刷的效果。


      另外,印刷机上的各种功能,都可以在MP2300运动控制器中完成。印刷前 所需要的涨紧纸张和匀墨工艺,在以前 都需要人工调整机械和匀墨电机完成,现在都 可以由安川伺服电机完成,不需要 单独设立匀墨电机和机械调整。在传统 间歇式印刷机工作过程中收纸和放纸的速度由于纸张进给的往复性很难做到均匀,由于MP2300对收、放纸电 机也进行了通信和控制,所以通 过对控制器内部程序的编制,可以跟 随印刷速度的变化做到均匀收、放纸,收放的 纸卷质量大大提高,避免了 机械机构的卡纸现象。


      该系统 要在高速下运行,尤其是 拖料轴要完成高速、高精度往复运动,对上位机的处理能力、伺服电 机的响应性和系统内部的通信速率都有很高的要求。选用的安川MP2300运动控制器、安川高 响应伺服电机和MECHARTROLINK-Ⅱ现场总 线都很好地满足了这些要求。


      结束

      使用了 安川运动控制系统的无轴间歇式印刷机,相比于 以前的有轴印刷机,不仅省 去了机械传动部分和校准部分,实现了 各印刷轴之间的独立控制运行,而且使 间歇式印刷的精确度有了很大的提高。各种功 能实现了集成化和智能化控制。对控制 软件的编制和改进使原来复杂的操作工作变得简单易行,随着安 川运动控制系统的不断升级与改进,相信其 在印刷行业的应用将更加地广泛与深入。


2016年01月07日

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