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1　引言

1980年后，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(dá)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(yīng)用。當(dāng)前在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，柔版印刷在包裝印刷中已占據(jù)主導(dǎo)地位。

目前老式編織袋印刷機(jī)通過機(jī)械方式同步印刷輥與牽引輥，變更不同印刷尺寸時需要更換不同直徑的印刷輥。這種老式的編織袋印刷設(shè)備存在機(jī)械成本高、印刷尺寸選擇少、設(shè)備操作人員更換印刷尺寸花費(fèi)時間長的缺點。本文中的編織袋柔版印刷設(shè)備通過英威騰AX70中型PLC電子凸輪功能控制伺服驅(qū)動牽引輥和印刷輥做位置同步動作，達(dá)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。此方案的優(yōu)勢是，節(jié)省了設(shè)備機(jī)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間與操作難度。

編織袋印刷的難點在于，編織袋材料具有彈性大、易拉伸的缺點，在材料加速和減速過程中材料會有不同程度的變形，容易產(chǎn)生印刷套色的偏差。加上印刷輥負(fù)載慣量大，只能通過緩慢加速和減速進(jìn)行啟動停止。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(yùn)行速度，這個過程會導(dǎo)致加速和減速過程套色精度的偏差過大，造成廢片。為解決這一難點，英威騰通過程序優(yōu)化使印刷輥加速與減速的過程不進(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)行印刷動作，避免了加減速過程中套色偏差。同時，采用高精度色標(biāo)傳感器在100米/分鐘的運(yùn)行速度下精準(zhǔn)對標(biāo)調(diào)節(jié)。

2　編織袋套色柔版印刷機(jī)工作原理及介紹

2.1　設(shè)備整體

編織袋套色柔版印刷機(jī)的部件包括：1放卷架、2放卷輥、3屯料緩沖機(jī)構(gòu)、4色標(biāo)傳感器、5前牽引輥、6印刷輥、7傳墨輥、8后牽引輥、9屯料緩沖機(jī)構(gòu)、10收卷輥、11成品（如圖1中1~11所示）。

圖1 機(jī)械結(jié)構(gòu)示意簡圖

2.2　放卷動作

放卷部分由放卷變頻器、屯料機(jī)構(gòu)、屯料電位器和糾偏系統(tǒng)組成。

為配合不同料長和印刷版長，牽引輥的動作速度為同步速度-加減速-同步速度。需要屯料機(jī)構(gòu)平緩放料動作，使放料變頻器勻速運(yùn)行。屯料機(jī)構(gòu)動作中反饋模擬量信號給控制器，控制器PID計算后，調(diào)節(jié)變頻器頻率，使屯料機(jī)構(gòu)始終運(yùn)行在模擬量信號范圍內(nèi)，保持放料張力的穩(wěn)定。

糾偏系統(tǒng)為外部獨(dú)立系統(tǒng)，根據(jù)料邊位置反饋控制電機(jī)左右移動放料料卷，控制放料邊對齊。

2.3　牽引動作

牽引部分分為前牽引與后牽引兩個伺服軸。牽引軸根據(jù)不同的料長與印版長度按照規(guī)劃的電子凸輪動作。牽引間張力控制時通過設(shè)置后牽引凸輪從軸比例實現(xiàn)，使后牽引運(yùn)行速度比前牽引略快，給與牽引間的編織袋一定的張力。

2.4　印刷動作

印刷輥跟隨主軸做同步動作，以勻速運(yùn)行為主。每個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(jī)構(gòu)將油墨傳送到柔性印刷版上，再由印刷版印到料上。

2.5　收卷動作

收卷部分由收卷變頻器、屯料機(jī)構(gòu)、屯料電位器組成。

為配合不同料長和印刷版長，牽引輥的動作速度為同步速度-加減速-同步速度。需要屯料機(jī)構(gòu)平緩收料動作，使得收料變頻器勻速運(yùn)行。屯料機(jī)構(gòu)動作中反饋模擬量信號給控制器，控制器PID計算后，調(diào)節(jié)變頻器頻率，使得屯料機(jī)構(gòu)始終運(yùn)行在模擬量信號范圍內(nèi)，保持收料張力的穩(wěn)定。

3　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EtherCAT高速總線進(jìn)行同步控制。AX70中型PLC與觸摸屏通過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(qū)動器模擬量輸出口進(jìn)行控制，提高變頻器頻率響應(yīng)速度，同時節(jié)省電氣成本。

3.2　系統(tǒng)拓?fù)鋱D（如圖2所示）

圖2 電氣系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3.3　電氣選型（如表1所示）

表1 電氣選型

4　方案特點

（1）滿速印刷功能

采用英威騰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程中始終處于同一生產(chǎn)速度，避免在加減速段造成印刷套色偏差，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(zhuǎn)3圈上墨后，牽引運(yùn)行加速凸輪，直接加速到生產(chǎn)速度同步印刷。停機(jī)減速時，牽引運(yùn)行減速凸輪，直接脫開印刷。然后印刷輥再減速停止。如圖3所示。

圖3 印刷輥與牽引輥啟停動作位置與速度曲線

（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(yùn)行，使得在不影響印刷效果的情況下加快設(shè)備整體運(yùn)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。如圖4所示。

圖4 印刷輥與牽引輥等待加速動作位置與速度曲線

（3）牽引滿版倒退功能可設(shè)最小倒退速度

在滿版印刷時需要牽引軸帶著材料倒轉(zhuǎn)。由于編織袋易被拉伸的材料特性，倒轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致編織袋變形。現(xiàn)采用限制最大倒轉(zhuǎn)速度的方式，減小倒轉(zhuǎn)距離，減小編織袋拉伸。牽引倒轉(zhuǎn)限速、無限速曲線如圖5、圖6所示。

圖5 牽引倒轉(zhuǎn)限速曲線

圖6 牽引倒轉(zhuǎn)無限速曲線

（4）色標(biāo)伺服DI捕獲功能

色標(biāo)捕獲采用伺服驅(qū)動內(nèi)部中斷抓取編碼器位置方式，擁有精度高、色標(biāo)不易丟標(biāo)的優(yōu)點，且色標(biāo)對位由伺服驅(qū)動內(nèi)部中斷抓取編碼器位置。在來料速度100米/分鐘的情況下，對標(biāo)精度達(dá)到0.15mm，且色標(biāo)窗口內(nèi)如果有多個色標(biāo)抓取信號，會對所有抓取位置進(jìn)行比較，選取偏差最小的抓取位置。具有位置偏差不累積，不怕個別色標(biāo)損壞的特點。色標(biāo)伺服捕獲如圖7所示。

圖7 伺服捕獲

5　結(jié)語

英威騰編織袋柔版印刷機(jī)整體解決方案，應(yīng)用AX70中型PLC中電子凸輪的靈活配置切換功能，為客戶帶來了功能和性能上的進(jìn)步。使套色印刷不會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。在來料速度100米/分鐘的情況下，對標(biāo)精度達(dá)到0.15mm。

作者簡介：

葉億一（1990-），男，浙江溫州人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)任深圳市英威騰電氣股份有限公司技術(shù)工程師，長期從事印刷與包裝行業(yè)系統(tǒng)程序開發(fā)工作。

王小東（1996-），男，江西吉安人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)任深圳市英威騰電氣股份有限公司技術(shù)工程師，長期從事印刷與包裝行業(yè)系統(tǒng)程序開發(fā)工作。

汪文泉（1997-），男，安徽宣城人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)任深圳市英威騰電氣股份有限公司技術(shù)工程師，長期從事印刷與包裝行業(yè)系統(tǒng)程序開發(fā)工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 深圳市英威騰電氣股份有限公司. AX70系列可編程控制器硬件手冊_V1.0[Z] .

[2] 深圳市英威騰電氣股份有限公司. DA200高性能通用交流伺服驅(qū)動器產(chǎn)品說明書_V2.2[Z] .

摘自《自動化博覽》2021年4月刊