1　引言

1980年后，柔版印刷技术有了迅速发展，目前柔版印刷品的质量已达到或接近平版胶印或凹印水平，因此在包装印刷中得到广泛应用。当前在工业发达国家，柔版印刷在包装印刷中已占据主导地位。

目前老式编织袋印刷机通过机械方式同步印刷辊与牵引辊，变更不同印刷尺寸时需要更换不同直径的印刷辊。这种老式的编织袋印刷设备存在机械成本高、印刷尺寸选择少、设备操作人员更换印刷尺寸花费时间长的缺点。本文中的编织袋柔版印刷设备通过英威腾AX70中型PLC电子凸轮功能控制伺服驱动牵引辊和印刷辊做位置同步动作，达到不用更换印刷辊与牵引辊印刷出任意尺寸的编织袋产品的效果。此方案的优势是，节省了设备机械成本，印刷尺寸灵活，大大减小了更换不同印刷尺寸与图案的操作时间与操作难度。

编织袋印刷的难点在于，编织袋材料具有弹性大、易拉伸的缺点，在材料加速和减速过程中材料会有不同程度的变形，容易产生印刷套色的偏差。加上印刷辊负载惯量大，只能通过缓慢加速和减速进行启动停止。按照一般电子凸轮的控制方式，牵引轴需要在印刷辊停止的状态啮合，然后印刷辊与牵引辊一起再缓慢加速到运行速度，这个过程会导致加速和减速过程套色精度的偏差过大，造成废片。为解决这一难点，英威腾通过程序优化使印刷辊加速与减速的过程不进行印刷，在印刷辊加速到生产速度后，牵引辊再同步送料进行印刷动作，避免了加减速过程中套色偏差。同时，采用高精度色标传感器在100米/分钟的运行速度下精准对标调节。

2　编织袋套色柔版印刷机工作原理及介绍

2.1　设备整体

编织袋套色柔版印刷机的部件包括：1放卷架、2放卷辊、3屯料缓冲机构、4色标传感器、5前牵引辊、6印刷辊、7传墨辊、8后牵引辊、9屯料缓冲机构、10收卷辊、11成品（如图1中1~11所示）。

图1 机械结构示意简图

2.2　放卷动作

放卷部分由放卷变频器、屯料机构、屯料电位器和纠偏系统组成。

为配合不同料长和印刷版长，牵引辊的动作速度为同步速度-加减速-同步速度。需要屯料机构平缓放料动作，使放料变频器匀速运行。屯料机构动作中反馈模拟量信号给控制器，控制器PID计算后，调节变频器频率，使屯料机构始终运行在模拟量信号范围内，保持放料张力的稳定。

纠偏系统为外部独立系统，根据料边位置反馈控制电机左右移动放料料卷，控制放料边对齐。

2.3　牵引动作

牵引部分分为前牵引与后牵引两个伺服轴。牵引轴根据不同的料长与印版长度按照规划的电子凸轮动作。牵引间张力控制时通过设置后牵引凸轮从轴比例实现，使后牵引运行速度比前牵引略快，给与牵引间的编织袋一定的张力。

2.4　印刷动作

印刷辊跟随主轴做同步动作，以匀速运行为主。每个印刷辊有一套匀墨辊与传墨气缸和压印辊。柔性印刷版粘贴在印刷辊上，由传墨机构将油墨传送到柔性印刷版上，再由印刷版印到料上。

2.5　收卷动作

收卷部分由收卷变频器、屯料机构、屯料电位器组成。

为配合不同料长和印刷版长，牵引辊的动作速度为同步速度-加减速-同步速度。需要屯料机构平缓收料动作，使得收料变频器匀速运行。屯料机构动作中反馈模拟量信号给控制器，控制器PID计算后，调节变频器频率，使得屯料机构始终运行在模拟量信号范围内，保持收料张力的稳定。

3　英威腾整体解决方案

3.1　方案介绍

本方案采用AX70中型PLC、DA200伺服、VS触摸屏、GD20变频器全套英威腾电气产品。AX70中型PLC与伺服通过EtherCAT高速总线进行同步控制。AX70中型PLC与触摸屏通过EtherNet通讯，100M的高速通讯速度使得触摸屏交互使用更加流畅。变频器频率由AX70中型PLC通讯修改伺服驱动器模拟量输出口进行控制，提高变频器频率响应速度，同时节省电气成本。

3.2　系统拓扑图（如图2所示）

图2 电气系统拓扑图

3.3　电气选型（如表1所示）

表1 电气选型

4　方案特点

（1）满速印刷功能

采用英威腾AX70中型PLC凸轮同步控制功能，可以使印刷辊与编制袋在印刷过程中始终处于同一生产速度，避免在加减速段造成印刷套色偏差，且在最高120米/分钟生产速度下，全程套色偏差<0.8mm。

在印刷辊进入生产速度旋转3圈上墨后，牵引运行加速凸轮，直接加速到生产速度同步印刷。停机减速时，牵引运行减速凸轮，直接脱开印刷。然后印刷辊再减速停止。如图3所示。

图3 印刷辊与牵引辊启停动作位置与速度曲线

（2）牵引等待段印刷辊加速功能

印刷辊在牵引停止等待阶段进行加速运行，使得在不影响印刷效果的情况下加快设备整体运行速度。在同等印刷同步速度下，最高能提升30%的生产速度。如图4所示。

图4 印刷辊与牵引辊等待加速动作位置与速度曲线

（3）牵引满版倒退功能可设最小倒退速度

在满版印刷时需要牵引轴带着材料倒转。由于编织袋易被拉伸的材料特性，倒转可能导致编织袋变形。现采用限制最大倒转速度的方式，减小倒转距离，减小编织袋拉伸。牵引倒转限速、无限速曲线如图5、图6所示。

图5 牵引倒转限速曲线

图6 牵引倒转无限速曲线

（4）色标伺服DI捕获功能

色标捕获采用伺服驱动内部中断抓取编码器位置方式，拥有精度高、色标不易丢标的优点，且色标对位由伺服驱动内部中断抓取编码器位置。在来料速度100米/分钟的情况下，对标精度达到0.15mm，且色标窗口内如果有多个色标抓取信号，会对所有抓取位置进行比较，选取偏差最小的抓取位置。具有位置偏差不累积，不怕个别色标损坏的特点。色标伺服捕获如图7所示。

图7 伺服捕获

5　结语

英威腾编织袋柔版印刷机整体解决方案，应用AX70中型PLC中电子凸轮的灵活配置切换功能，为客户带来了功能和性能上的进步。使套色印刷不会因为加减速段造成套色偏差，产生废片。在最高120米/分钟生产速度下，全程套色偏差<0.8mm。在来料速度100米/分钟的情况下，对标精度达到0.15mm。

作者简介：

叶亿一（1990-），男，浙江温州人，工程师，学士，现任深圳市英威腾电气股份有限公司技术工程师，长期从事印刷与包装行业系统程序开发工作。

王小东（1996-），男，江西吉安人，工程师，学士，现任深圳市英威腾电气股份有限公司技术工程师，长期从事印刷与包装行业系统程序开发工作。

汪文泉（1997-），男，安徽宣城人，工程师，学士，现任深圳市英威腾电气股份有限公司技术工程师，长期从事印刷与包装行业系统程序开发工作。

参考文献：

[1] 深圳市英威腾电气股份有限公司. AX70系列可编程控制器硬件手册_V1.0[Z] .

[2] 深圳市英威腾电气股份有限公司. DA200高性能通用交流伺服驱动器产品说明书_V2.2[Z] .

摘自《自动化博览》2021年4月刊