利用PLC實現(xiàn)對印刷機的精確控制

近年來，隨著我國自動化技術的提高，工廠自動化也上了一個新臺階。PLC作為一個新興的工業(yè)控制器，以其體積小,功能齊全，價格低廉，可靠性高等方面具有獨特的優(yōu)點，在各個領域獲得了廣泛應用。

作為國內(nèi)最大的印刷機生產(chǎn)廠家---北人集團公司，為了使產(chǎn)品性能穩(wěn)定，易于維護，我們采用了以PLC為主控器的控制方案。由于雙色印刷機要求易于操作，精度高，故其輸入，輸出點較多，因此采用了雙機通訊。上位機采用三菱FX2N-80MR+32EX+4D/A，主要負責主傳動的控制，各機組離合壓的控制，以及氣泵，氣閥的控制等。下位機采用三菱 FX2N-64MR+4A/D,主要負責水輥電機的控制，主傳動的調(diào)速輸出，調(diào)版電機數(shù)據(jù)采集等。同時選用了一臺三菱5.7寸觸摸屏，主要負責水輥電機速度顯示，調(diào)版顯示，以及整機故障顯示等。本系統(tǒng)運行可靠，維護方便，操作簡便直觀，大大提高了膠印機的檔次，受到用戶好評。

2 系統(tǒng)結構

本系統(tǒng)結構圖如下：

其中，上位機與下位機采用了RS485通訊，通訊方便，可靠。對多色機而言，安全因素很重要。在設計中，每個機組既要考慮到安全控制，其中包括本位機組的急停，安全按鈕；還要考慮方便操作，包括每個機組均應有正點，反點按鈕。因此，一方面輸入點增加很多；另一方面，走線也很不方便。采用雙機通訊，可以很好地解決此問題，各機組的走線可以按照就近原則，進入離它較近的控制柜內(nèi)，既節(jié)省了走線，也方便了控制。

由于印刷機是一個精度較高的機械，印刷品的好壞一方面在于機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確性。雙色機的每一色組，都有水路和墨路裝置。為了便于水輥速度的調(diào)節(jié)，每根水輥都用一個變頻器控制，同時，主電機速度也需要變頻器調(diào)節(jié)。因此，為了實現(xiàn)多路速度調(diào)節(jié)，我們采用了三菱4D/A數(shù)模轉換器，它將PLC方給出的數(shù)字量，根據(jù)相應的算法，轉換成0~10V直流電壓輸出，很好地實現(xiàn)了多路速度調(diào)節(jié)要求。

在印刷過程中，調(diào)版是一個比較繁瑣的過程。尤其對多色機來說，各組版對正的精度會對印品產(chǎn)生很大的影響。如果套印不準，印刷品就會出現(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。如果使用手動調(diào)版，會浪費很多時間，而且精度不高。為了實現(xiàn)自動打版，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，可將版輥的轉動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界面，從一出現(xiàn)就受到關注，它的簡單易用，強大的功能及優(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)控管理隨時可能變化的信息。隨著機械設備的飛速發(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。但使用人機界面，能明確指示并告知操作員機器設備目前的狀況，使操作變得簡單生動。使用觸摸屏，還可以使機器配線標準化，簡單化，同時也能減少PLC控制所需的I/O點數(shù)，降低生產(chǎn)成本，也相對提高整套設備的附加價值。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，不必很麻煩的重復插拔接口。

3 軟件設計

3．1 給紙設計

印刷機整體的電氣設計還是比較復雜的，對時間的要求也很嚴格。在機器的很多地方裝有接近開關，用來檢測不同的時間點。在印刷過程中，走紙的好壞是影響機器質(zhì)量的一個重要環(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，就會將走壞的紙，卷入機器內(nèi)，從而破壞膠皮，給用戶帶來很大損失。此過程流程如下：

在實驗中，我們發(fā)現(xiàn)，按照上述流程編制的程序，在低速沒有問題，但速度增高至7000r/h后，就會出現(xiàn)歪張鎖不住現(xiàn)象。究其原因，主要是因為光頭反應時間和磁鐵動作時間滯后造成。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，在設計中，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，提前了電磁鐵動作時間，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離合壓設計

離壓，合壓在印刷中具有很重要的作用。離合壓的準確性，對印品質(zhì)量的好壞有著直接的影響。合壓過早，會弄臟壓印輥筒，給操作帶來很多不便；離壓過早，會使最后一張紙印不上完整的圖案，造成紙張浪費。

在設計中，離壓，合壓的程序流程如圖所示：

印刷時，版輥筒與膠皮輥筒先合壓，膠皮輥筒與壓印輥筒后合壓。在我們的機器中，合壓全部采用了氣動裝置，每個氣缸都有一個動作時間。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，氣缸動作時間是一定的，齒輪轉過角度是一定的，因此，機器速度不同時，合壓時間也不同。為了解決此問題，我們根據(jù)理論計算值，找出對于不同機器速度時，機器的延時時間。采用比較指令，當機器段速與理論值相等時，延時相應的時間，使壓印輥筒與膠皮輥筒準確合壓。經(jīng)過多次試驗，離壓，合壓都沒有問題。

3．3 人機界面設計

在人機界面中，設計了7幅畫面，包括整體圖形，故障顯示，機器速度和計數(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，給出位元件即可實現(xiàn)閃動效果，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，設計了一個柱狀圖，可以顯示水量增加大小，只需按下柱狀圖，就可增加水量，同時也可方便監(jiān)控。如圖所示：

4． 結束語

印刷機的一套電氣設計屬于系統(tǒng)設計，包括硬件，軟件設計，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計人員和用戶都帶來了很多方便。