摘 要：本文介紹了英威騰整體解決方案在編織袋套色柔板印刷機的應用案例，該方案使用英威騰VS系列HMI +AX70中型PLC+DA200伺服+伺服電機+GD20變頻器，該方案具有完整支持 IEC61131-3 編程體系、支持 EtherCAT 現場實時總線和凸輪同步控制等優點，通過該方案可進一步提高柔版印刷機的生產速度，提升套色精準度和操作交互易用度。

　　一、引言

　　進入20世紀80年代后，柔版印刷技術有了迅速發展，目前柔版印刷品的質量已達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用。現在在工業發達國家，柔性板印刷在包裝印刷中已占據主導地位。

　　目前老式編織袋印刷機通過機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備有機械成本高，印刷尺寸選擇少，設備操作人員更換印刷尺寸花費時間長的缺點。

　　本文中的編織袋柔印印刷設備通過英威騰AX70中型PLC電子凸輪功能控制伺服驅動牽引輥和印刷輥做位置同步運動，達到不用更換印刷輥與牽引輥印刷出任意尺寸的編織袋產品的效果。此方案節省了設備機械成本，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生印刷套色的偏差。加上印刷輥負載慣量大，只能通過緩慢加速和減速進行啟動停止。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嚙合，然后印刷輥與牽引輥一起再緩慢加速到運行速度，這個過程會導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，英威騰通過程序優化使得印刷輥加速與減速的過程不進行印刷，在印刷輥加速到生產速度后，牽引輥再同步送料進行印刷動作，避免了加減速過程中套色偏差。同時，采用高精度色標傳感器在100米/分鐘的運行速度下精準對標調節。

　　二、 編織袋套色柔版印刷機工作原理及介紹

　　1、設備整體

圖1 機械結構示意簡圖

　　編織袋套色柔版印刷機的部件包括：放卷架、放卷輥、屯料緩沖機構、色標傳感器、前牽引輥、印刷輥、傳墨輥、后牽引輥、屯料緩沖機構、收卷輥、成品(如圖1中1-11)。

　　2、放卷動作

　　放卷部分由放卷變頻器、屯料機構、屯料電位器和糾偏系統組成。

　　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。需要屯料機構平緩放料動作，使得放料變頻器勻速運行。屯料機構動作中反饋模擬量信號給控制器，控制器PID計算后，調節變頻器頻率，使得屯料機構始終運行在模擬量信號范圍內，保持放料張力的穩定。

　　糾偏系統為外部獨立系統，根據料邊位置反饋控制電機左右移動放料料卷，控制放料邊對齊。

　　3、牽引動作

　　牽引部分分為前牽引與后牽引兩個伺服軸。

　　牽引軸根據不同的料長與印版長度按照規劃的電子凸輪動作。牽引間張力控制時通過設置后牽引凸輪從軸比例實現,使得后牽引運行速度比前牽引略快，給與牽引間的編織袋一定的張力。

　　4、印刷動作

　　印刷輥跟隨主軸做同步動作，以勻速運行為主。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，由傳墨機構將油墨傳送到柔性印刷版上，再由印刷版印到料上。

　　5、收卷動作

　　收卷部分由收卷變頻器、屯料機構、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。需要屯料機構平緩收料動作，使得收料變頻器勻速運行。屯料機構動作中反饋模擬量信號給控制器，控制器PID計算后，調節變頻器頻率，使得屯料機構始終運行在模擬量信號范圍內，保持收料張力的穩定。

　　三、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品。AX70中型PLC與伺服通過EtherCAT高速總線進行同步控制。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通訊修改伺服驅動器模擬量輸出口進行控制，提高了變頻器頻率響應速度，同時節省了電氣成本。

　　3.2系統拓撲圖

圖2 電氣系統拓撲圖

　　3.3 電氣選型

　　3.4現場電氣柜圖

圖3 現場電氣柜圖

　　四、方案特點

　　1.滿速印刷功能

　　以前的編織袋套色印刷系統，使用單個凸輪曲線進行規劃不同來料長度和印刷版長的動作，只能在印刷輥停止的狀態進行凸輪嚙合。再由于印刷機特性限制：一、輥機械慣量較大，只能緩慢從0速加速到生產速度。二、編織袋為大拉伸彈性材料，在不同速度下會有不同的位置偏移。使得加速段與減速段印刷偏差過大，造成廢片、浪費印刷材料。

　　現在使用英威騰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速度，避免在加減速段照常印刷套色偏差，且在最高120米/分鐘生產速度下，全程套色偏差<0.8mm。

　　在印刷輥進入生產速度旋轉3圈上墨后，牽引運行加速凸輪，直接加速到生產速度同步印刷。停機減速時，牽引運行減速凸輪，直接脫開印刷。然后印刷輥再減速停止。如圖4。

圖4 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行加速運行，使得在不影響印刷效果的情況下加快了設備整體運行速度。在同等印刷同步速度下，最高能提升30%的生產速度。

圖5 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最小倒退速度

　　在滿版印刷時需要牽引軸帶著材料倒轉。由于編織袋易被拉伸的材料特性，倒轉可能倒轉編織袋變形。現采用限制最大倒轉速度的方式，減小了倒轉距離，減小了編織袋拉伸。

圖6牽引倒轉限速曲線

圖7牽引倒轉無限速曲線

　　4. 色標伺服DI捕獲功能

　　色標捕獲采用伺服驅動內部中斷抓取編碼器位置方式，擁有精度高，色標不易丟標的優點，且色標對位由伺服驅動內部中斷抓取編碼器位置。在來料速度100米/分鐘的情況下，對標精度達到0.15mm，且色標窗口內如果有多個色標抓取信號，會對所有抓取位置進行比較，選取偏差最小的抓取位置。具有位置偏差不累積，不怕個別色標損壞的特點。

圖8 伺服捕獲

　　五、結束語

　　英威騰編織袋柔性印刷機整體解決方案，應用Codesys電子凸輪的靈活配置切換功能，在編織袋印刷行業相較于客戶原有的競品完成了功能和性能上的進步。使得套色印刷不會因為加減速段造成套色偏差，產生廢片。在最高120米/分鐘生產速度下，全程套色偏差<0.8mm。在來料速度100米/分鐘的情況下，對標精度達到0.15mm。