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