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合信技術機組式無軸柔版印刷機方案


   1.  概述

       柔版印刷系統主要有三大部分組成:放料部份、中間印刷部份和收料部份。放料部分與中間印刷部分有恒張力控制,收卷部分與中間印刷部分也需要恒張力控制。中間印刷部分是印刷機核心部分,印刷色組的套準是控制的核心。在市場上大部分柔版印刷機放卷、送料部分的張力控制是由張力傳感器與張力控制器構成的控制系統完成,而套色部分由分為手動套色與自動套色。手動套色部分比較簡單,是通過每個色組上的相位調節按鈕手動控制。而柔版印刷機自動套色大部分都是由外部套色控制系統完成。

      根據對柔版印刷機控制需求的了解與分析,合信技術推出全套基于自主產品的柔板印刷機控制和驅動系統,這個系統由CTSC-200 系列CANopen總線主站PLC(內置模糊張力控制算法)、EM261印刷專用控制模塊和內置套色疊加功能的H1A伺服驅動器組成。

2. 方案示意圖 

       根據柔印機控制要求,具體配置功能控制如下:   

       伺服控制選擇:前后牽引伺服通過與張力傳感器形成閉環控制系統,通過PLC中的張力算法,控制各個色組間承印物的印刷張力;中間5-8組色輥使用雙伺服控制,伺服驅動器集成CANopen接口;使用EM261印刷機專用控制模塊與色標傳感器形成自動套色系統。

       PLC控制選擇:CPU選擇的是216-1AH33-2B24,集成CANopen主站功能, EM277C作為CANopen分布式從站,連接所有系統需要各種按鈕開關、傳感器、指示燈和閥。控制不同IO點輸入輸出。

      人機操作界面HMI:10.4寸觸摸屏,用于參數調節和人機交互。

3 .方案描述   

     在柔版印刷機控制系統中,核心控制部分主要兩部分:自動套色控制與張力控制。

3.1 EM261印刷專用模塊

    EM261印刷專用模塊是專門面向印刷行業推出的產品,可接入CTSC-200 PLC的背板總線,CTSC-200 PLC 通過調用庫程序控制EM261。EM261包含4路500Khz脈沖輸出,用于控制印刷色組伺服,同時擁有4路200Khz高速脈沖輸入,用于驅動器的編碼器位置反饋。在運用過程中分主軸模塊與從軸模塊:

    主軸模塊(CPU設定),能夠根據設定,發生指定頻率的脈沖,并且4軸的脈沖輸出要保持同步。并且能輸出同步從軸模塊信號SYN,使得從軸模塊也能輸出同步的脈沖信號。 

    從軸模塊(CPU設定),根據主軸過來的同步信號,發送出同步的脈沖。

    該模塊主要用于印刷行業,和合信技術CTSC-200 PLC、H1A伺服驅動器聯合應用,實現多軸輥筒的嚴格位置同步。

 3.2 自動套色控制

    本系統中印座的印輥和版輥為獨立的伺服電機驅動,在運行時,CPU通過發送速度指令給印刷模塊,所有印刷模塊同步輸出相應的脈沖控制各個伺服電機。所有的印輥伺服電機是通過印刷專用運動模塊同步高速脈沖控制,版輥伺服電機是通過印刷專用運動模塊同步高速脈沖和套色偏差補償(CANOPEN總線給定)控制。

    針對印刷的自動套色要求,本系統中套色位置補償功能內嵌在伺服驅動其中,色標傳感器檢測到色標信號時,索存電機軸位置,并計算出偏差,將補償的脈沖數通過CANopen總線的方式傳送給伺服驅動器,從而達到自動套色的功能。

 

 3.3  張力控制

        本系統中主要有兩級張力控制:一級張力控制(磁粉制動器)、二級張力控制(前后牽引伺服電)由于印刷機套色對張力要求很高,紙張的張力控制需平穩,穩定,不能出現跳動等要求,在PLC控制中,運用合信開發的張力PID控制兩級張力,通過實際使用,可以能夠保證印刷機張力穩定。

        一級張力控制示意圖如下所示:放卷是由一個磁粉控制(自身沒有動力),磁粉通過磁粉驅動器控制其輸出扭矩,承印物在印刷時在二級張力伺服的拖動下向右移動,當磁粉輸出力矩過大時,承印物會拉緊,承印物對一級張力傳感器的壓力增大,通過PLC中一級張力PID處理,會降低磁粉的輸出轉矩,同理,當磁粉輸出轉矩過小時,承印物會松弛,以及張力傳感器的壓力會減少,此時PLC會控制磁粉輸出轉矩增大。從而達到控制一級張力的穩定。

二級張力控制示意圖如下所示:張力傳感器的壓力來自承印物,氣缸壓輥與二級張力伺服將承印物壓緊,當張力伺服旋轉時,承印物被輸送到右邊來,同理,色輥能夠承印物輸送到右邊,當設定一定印刷速度時,色輥的轉動速度一定,當張力伺服速度過慢時,承印物被拉緊,然后對張力傳感器的壓力變大,此時PLC中PID調節會增大張力伺服的速度,同理,當張力伺服速度過快時,承印物松弛,承印物對張力傳感器的壓力減少,此時PLC中PID調節會減小張力伺服的速度,如此快速反復控制,將張力傳感器維持在設定張力。

3.4 柔版印刷機控制工藝流程


根據上圖所示,各部分控制流程具體介紹:

1) 放卷部分:柔印機輸紙部分,將承印物傳送給印刷機,這里使用一個磁粉制動器和一個張力檢測傳感器構成一個閉環恒張力放卷,即一級張力控制。

2) 前牽引伺服:除了一級張力控制以外,印刷機承印物的張力主要是二級張力伺服控制。它由一個伺服電機和一個張力傳感器組成一個閉環系統,通過PLC 張力算法,控制紙張張力的穩定。

3) 印刷部分:印刷機核心部分。由8組印刷機組組成,分別對應8種不同的印刷顏色。

4) 干燥部分:每個色組后面均有一個,總共有8個。柔印機速度很快,復卷之前必須使印到承印物上的油墨干燥,否則未干的油墨會使印品粘臟,在多色印刷時會根據油墨特性制定烘干方案,這里采用紫外線UV燈加熱來實現快烘干。

5) 模切、冷燙部分:動作如印刷部分相同。

6) 后牽引伺服:同前牽引伺服功能類似。它由一個伺服電機和一個張力傳感器組成一個閉環系統,通過PLC張力算法,控制后紙張張力的穩定。

7) 收廢收卷:通過模切后,會將廢料與成品印刷物分離開來,收費電機會把廢品收卷起來,收卷電機將成品收卷完好。

8) “套印部分”:如果不應用本方案內置套印功能,可以使用第三方獨立套印裝置。 
 

4.  硬件列表

產品類型

產品型號

數量

備注

CPU

CTS7 216-1AC33-0X24

1

支持CANopen協議,程序空間48KB,數據空間110KB。

印刷專用模塊

CTS7 261-4CH32

4

支持4路500Khz高速脈沖輸出與200Khz高速計數,具有對伺服使能報警輸出等IO口。

模擬量輸出

CTS7 232-0HF32

2

4路模擬量輸出,光電隔離,10V電壓或0-20mA電流輸出

模擬量輸入

CTS7 231-7HC32

1

4路16位精度高速模擬量輸入,電壓信號,并提過2路10VDC電源輸出。

數字量輸入

CTS7 221-1BL32

5

數字量輸入,每個模塊32個輸入點。

數字量輸出

CTS7 222-1BL32

2

數字量晶體管輸出,每個模塊32個輸出點。

CAN從站模塊

CTS7 277-0AC32

1

作為CANOPEN從站,最高支持1M byte/S速度,自身帶有8DI/6DO

H1A 1.5KW伺服驅動器

CTSD H1A-B1522-M110

12

支持CANOPEN、MODBUS等多種協議,內置印刷套色補償功能。

H1A 1.5KW伺服電機

CTSD M2D-B1522-M200

12

10寸觸摸屏

CTS6 TP10-CH020

1

支持多種通訊協議,800x600分辨率。

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