1 引言
近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)飛速的發(fā)展，印刷機(jī)的自動控制也上了一個新臺階。PLC作為一個新興的自動化控制元件，它以體積小、功能多、價格低、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，在印刷行業(yè)的各個領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。
北京人民機(jī)器廠是我國建國以來第一家也是最大的一家生產(chǎn)印刷機(jī)的廠家。為了提高產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，早在七、八十年代就采用PC機(jī)控制。我們知道由于印刷機(jī)要求精度高、套印準(zhǔn)確、易于維護(hù)、操作方便，因此PLC的輸入輸出點(diǎn)就多，所以我們在對開雙色印刷機(jī)上采用了雙機(jī)通訊。上位機(jī)采用三菱FX2N- 80MR+32EX+4D/A，主要用于負(fù)責(zé)在傳動控制，各機(jī)組離合壓控制，氣泵和氣閥的控制等。下位機(jī)采用FX2N-64MR+4D/A，主要用于負(fù)責(zé)水輥電機(jī)控制，主傳動的調(diào)速輸出，調(diào)版電機(jī)數(shù)據(jù)的采集等。同時選用了一臺5.7寸的觸摸屏用于對水輥電機(jī)速度、調(diào)版和整機(jī)故障的顯示等，減輕了操作者的工作強(qiáng)度。本系統(tǒng)運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，操作直觀，得到了廣大用戶的好評。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
其中，上位機(jī)與下位機(jī)采用了RS485通訊(RS485接口是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為邏輯信號進(jìn)行長距離的傳輸，傳輸距離可達(dá)4000英尺)，通訊方便、可靠。由于安全是各種設(shè)備的重要因素，在設(shè)計(jì)過程中，我們必須考慮安全控制，既要考慮本位機(jī)組的急停安全按鈕，也要考慮每個機(jī)組的正、反點(diǎn)動按鈕以及操作者的方便與否。同時在考慮保證安全的基礎(chǔ)上，也要盡可能減少輸入、輸出點(diǎn)數(shù)。但點(diǎn)數(shù)仍然很多，走線也很不方便。我們采用了雙機(jī)通訊，就很好的解決了這個問題。各機(jī)組的走線可以按就近原則，接入就近的機(jī)組控制箱內(nèi)，既節(jié)約了走線，也方便了控制和維護(hù)。
由于印刷機(jī)是一種精度高、印刷品精致的一種機(jī)器，它一方面取決于機(jī)械加工以及安裝的精度，更重要的是水、墨平衡以及離、合壓的準(zhǔn)確性。雙色機(jī)每個機(jī)組都有水路和墨路的裝置。為了便于水輥速度的調(diào)節(jié)，每根水輥都采用了一個變頻器調(diào)速控制。同時，主電機(jī)速度也采用了變頻器調(diào)速控制。因此，為了實(shí)現(xiàn)多路速度調(diào)節(jié)，我們采用了三菱的4D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它把PLC給出的數(shù)字量，徑相應(yīng)的運(yùn)標(biāo)法，轉(zhuǎn)換成0～10V直流電壓輸出給各機(jī)組水輥變頻器，就實(shí)現(xiàn)了多路速度調(diào)節(jié)的要求。
印刷機(jī)套印準(zhǔn)確性是檢驗(yàn)機(jī)器和印品質(zhì)量的重要標(biāo)志，套印的準(zhǔn)確性是第一位的，圖像標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定誤差允差0.01mm左右，造成套印不準(zhǔn)有以下因素：套印誤差= 機(jī)器套印誤差（給紙和傳紙誤差）+紙張誤差+照像誤差+拼版誤差+曬版誤差等，我們本文不作論述。特別是單張紙多色膠印機(jī)在印刷過程中，調(diào)版的準(zhǔn)確性是非常重要的，也是比較繁鎖的。如果套印不準(zhǔn)，印刷品就會出現(xiàn)字、畫面重疊或影像不清。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。如果采用手動調(diào)版浪費(fèi)很大，而且精度也不高，為了實(shí)現(xiàn)自動調(diào)版，我們在版輥上安裝了一個電位器。通過電位器將模擬量傳送給4A/D經(jīng)過 PLC邏輯處理，可以將版輥的轉(zhuǎn)動精度控制在一定范圍內(nèi)。為了更準(zhǔn)確調(diào)版也可以采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)版控制，操作者可以在主操作屏上設(shè)定了步進(jìn)電機(jī)調(diào)整數(shù)據(jù)后，CPU接收到輸入信號值，經(jīng)過運(yùn)標(biāo)處理，傳送給定位模塊AD75，轉(zhuǎn)換為脈沖信號后，傳給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動進(jìn)行調(diào)版。
觸摸屏作為一種新型的人機(jī)界面，從它一出現(xiàn)就很受廣大設(shè)計(jì)者的關(guān)注，而發(fā)展也很快。觸摸屏從由軟件和硬件組成的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)以發(fā)展為嵌入式觸摸屏，它是由觸摸屏、觸摸屏控制器和微控制器組成的新一代觸摸屏。它簡單易懂，有強(qiáng)大的功能和優(yōu)越的可靠性和穩(wěn)定性，使它非常適用于工業(yè)環(huán)境，它可以自由地組合顯示、指示燈、按鈕、字符串、輸入輸出、數(shù)值輸入輸出、圖形曲線、儀表、生產(chǎn)配方存儲、設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄，簡單的邏輯和數(shù)值運(yùn)算來處理或監(jiān)控隨時變化的信息。因此使用人機(jī)界面能明確告知操作者機(jī)器設(shè)備目前的運(yùn)行情況，使操作者變得簡單生動。因此使用觸摸屏它可以使機(jī)器配線標(biāo)準(zhǔn)化、簡單化，同時也可減少 PLC控制所需要的I/O點(diǎn)數(shù)，降低了生產(chǎn)成本，使用觸摸屏和PLC有很好的通用性，能在線監(jiān)視并修改程序，不必很麻煩的去插拔接口，也是非常方便的。
3 軟件的設(shè)計(jì)
(1) 給紙?jiān)O(shè)計(jì)
印刷機(jī)在機(jī)械設(shè)備中是比較復(fù)雜的設(shè)備，特別是輸紙機(jī)更為突出，因此電氣控制設(shè)計(jì)也是比較復(fù)雜的。而且對動作時間的要求也是非常準(zhǔn)確和嚴(yán)格的。在機(jī)器各個部位都安裝著不同作用的檢測開關(guān)，來檢測不同的時間點(diǎn)，在印刷過程中，走紙的（給紙）好壞是影響機(jī)器質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)。走紙好壞是指走紙的穩(wěn)定性、到位性，走紙無雙張、無歪斜，早到或晚到等現(xiàn)象，在高速印刷過程中出現(xiàn)此現(xiàn)象，就會造成套印不準(zhǔn)，就會將走壞的紙卷入印刷滾筒內(nèi)，就會損壞膠皮，甚至造成機(jī)器的精度，給用戶帶來很大損失。此流程如圖2。
圖2 程序流程圖
我們通過實(shí)驗(yàn)證明，按照上述流程編制的程序，當(dāng)印速低于7000張/時，運(yùn)行正常；當(dāng)印速增至7000張/時以上，將發(fā)生歪張等故障就出現(xiàn)鎖不住現(xiàn)象。這種現(xiàn)象出現(xiàn)，主要原因是因光電開關(guān)的響應(yīng)時間和電磁鐵動作時間滯后原因所造成的。程序在執(zhí)行過程中，采用循環(huán)掃描方式，為了讓電磁鐵提前動作，輸出信號必須提前，在設(shè)計(jì)中，我們采用了中斷和三菱編程新指令的輸入輸出新指令，使電磁鐵輸出立即執(zhí)行。解決了這個難題，即使印速增至10000張/時，也能很好的鎖住故障的紙張，保證了正常運(yùn)行。
(2) 離合壓設(shè)計(jì)
根據(jù)印刷工藝過程及印刷機(jī)操作程序的要求，膠印機(jī)的三個滾筒應(yīng)能相互離合，即必須有合壓和離壓兩個工作狀態(tài)，這在印刷過程中具有重要作用。離合壓的準(zhǔn)確性，對印品質(zhì)量的好壞有著直接影響。合壓過早，會弄臟壓印輥筒，離壓過早，會使最后一張畫面印不上完整圖案，因此離合壓過早或過晚都會造成紙張的浪費(fèi)，也給操作者帶來不便。
離壓、合壓的程序流程圖見圖2。
在印刷過程中，版輥筒與膠皮輥筒先合壓，膠皮輥筒與印刷輥筒后合壓。我們的機(jī)器，合壓全部采用氣動裝置，每個氣缸都有一個動作時間。由于印刷速度是多段速，在3000～12000張/時之間，我們根據(jù)用戶不同的要求，可以選擇不同的速度段。但是，氣缸的動作時間是一定的，齒輪轉(zhuǎn)過的角度是一定的。因此，機(jī)器不同速度時，合壓時間也不同。為了解決此問題，我們根據(jù)理論計(jì)算值，找出了對于不同機(jī)器速度時，機(jī)器的延時時間，采用了比較指令，當(dāng)機(jī)器段速與理論值相等時，延時相應(yīng)的時間，使壓印輥筒與膠皮輥筒準(zhǔn)確合壓，經(jīng)過多次試驗(yàn)和機(jī)器的長時間運(yùn)行，離壓、合壓都沒有出現(xiàn)任何問題。
(3) 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)
因?yàn)槿藱C(jī)界面是指人機(jī)系統(tǒng)中人和機(jī)器交互過程中的一個介質(zhì)或者層面，因此我們在人機(jī)界面中設(shè)計(jì)了七幅畫面，其中包括整體圖形，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)內(nèi)動效果，使操作者很直觀的知道故障部位。我們在水輥速度顯示中，設(shè)計(jì)了一個柱狀圖，可以顯示水量大小，只需要按下柱狀圖，就可增減水量，同時也可方便的進(jìn)行監(jiān)控。如圖3所示。
圖3 監(jiān)控畫面
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)，它包括硬件、軟件設(shè)計(jì)，涵蓋范圍非常廣泛。這里，我只簡單介紹了其中比較重要的幾個部分，比如出現(xiàn)故障自動回零位，其它細(xì)節(jié)還有很多，就不再一一列舉。三菱的一套控制系統(tǒng)，使用起來感覺方便、可靠。通過機(jī)器批量生產(chǎn)過程中，沒有發(fā)現(xiàn)大的問題。其PLC功能齊全，可靠耐用，指令簡潔，給用戶編程、維修都帶來了極大方便。其觸摸屏與PLC有很好的通用性?？赏ㄟ^觸摸屏監(jiān)視并修改程序，總之三菱的工控元件給設(shè)計(jì)人員和用戶都帶來了方便。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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