背景

　　衛(wèi)星式柔版印刷機(jī)由于印刷工藝穩(wěn)定、套印準(zhǔn)確、高效環(huán)保，被預(yù)言為21 世紀(jì)柔版印刷的新主流。

　　隨著我國日化及食品飲料行業(yè)市場的日益繁榮，一些高端品牌對柔印的需求尤為旺盛，如寶潔、伊利等，這些產(chǎn)品應(yīng)用的包裝材料大多為紙張和易拉伸材料，相比機(jī)組式柔印機(jī)來講，衛(wèi)星式柔印機(jī)在易拉伸材料的印刷方面具有先天優(yōu)勢。

　　在歐美國家市場，衛(wèi)星式柔版印刷機(jī)是柔性版印刷中普及率最高的機(jī)型。但在中國，由于技術(shù)門檻較高，國內(nèi)衛(wèi)星式柔版印刷機(jī)市場長期被價(jià)格高昂的進(jìn)口設(shè)備壟斷，對于中國印刷包裝設(shè)備用戶來講，衛(wèi)星式柔版印刷機(jī)是一個(gè)十足的“奢侈品”。只有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的國產(chǎn)化，才能突破衛(wèi)星式柔版印刷機(jī)在國內(nèi)的應(yīng)用瓶頸。

　　作為我國包裝印刷設(shè)備制造龍頭企業(yè)，軟包裝印刷設(shè)備第一品牌，陜西北人印刷機(jī)械有限責(zé)任公司(以下簡稱陜西北人)是我國較早進(jìn)入柔性版印刷及設(shè)備制造相關(guān)領(lǐng)域研究的企業(yè)。公司研制的多款新產(chǎn)品不僅填補(bǔ)了我國在環(huán)保印刷技術(shù)和制造領(lǐng)域的空白，而且促進(jìn)了行業(yè)整體水平的提高，讓國產(chǎn)印刷機(jī)跟上了國際先進(jìn)技術(shù)的潮流，其中，技術(shù)水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先的衛(wèi)星式柔性版印刷機(jī)，更是結(jié)束了衛(wèi)星式柔性版印刷設(shè)備完全依賴進(jìn)口的歷史。

　　挑戰(zhàn)

　　在衛(wèi)星式柔性版印刷機(jī)的開發(fā)過程中，陜西北人以打造具有國際先進(jìn)技術(shù)水平的產(chǎn)品為目標(biāo)。希望設(shè)備具備全以太網(wǎng)架構(gòu)，并具有預(yù)套準(zhǔn)、高速避讓、印刷偏差自動糾正、加減速自動壓力調(diào)整、換版自動計(jì)算工作位置以及舊版上機(jī)即用等高端設(shè)備功能。這對控制系統(tǒng)的控制精度、靈活性和智能化提出了極高的要求，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)作為設(shè)備的 “靈魂”直接關(guān)系到上述功能的實(shí)現(xiàn)，決定了產(chǎn)品的印刷質(zhì)量和生產(chǎn)效率，也是印刷包裝設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化和網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)。

　　各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)對于控制系統(tǒng)供應(yīng)商來說，都是十足的挑戰(zhàn)。不但要求控制系統(tǒng)具備全以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)要求系統(tǒng)的控制精度高，在實(shí)現(xiàn)多軸同步的同時(shí)，也要響應(yīng)手動套色相位調(diào)節(jié)。在衛(wèi)星式柔性版印刷機(jī)中每一個(gè)“軸”就是一個(gè)伺服電機(jī)回路，而在該項(xiàng)目中，單臺設(shè)備的伺服電機(jī)回路數(shù)量高達(dá)65個(gè)，這些“軸”在設(shè)備運(yùn)行中，既要關(guān)聯(lián)，又要獨(dú)立。

　　解決方案

　　針對陜西北人的各項(xiàng)需求，羅克韋爾自動化為其量身定制了全以太網(wǎng)架構(gòu)、模塊化編程并且運(yùn)作高效的伺服控制系統(tǒng)解決方案。衛(wèi)星式柔版印刷機(jī)整機(jī)包括放卷單元、引入牽引單元、印刷部、引出牽引單元和收卷單元五大部分。其構(gòu)成如圖1所示。

　　衛(wèi)星式柔版印刷機(jī)全伺服控制系統(tǒng)的開發(fā)，基于伺服控制和實(shí)時(shí)高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。該全伺服控制系統(tǒng)包含放料單元、收料單元、引入單元和引出單元四個(gè)部分的張力控制以及印刷色組的各個(gè) “軸”的伺服控制。通常把每一個(gè)伺服電機(jī)回路稱為一個(gè)“軸”。該全伺服控制系統(tǒng)的控制核心對象就是若干個(gè)既相互關(guān)聯(lián)而又互為獨(dú)立，用于控制中心滾筒、印刷版輥、網(wǎng)紋輥和遞墨輥的 “軸”，其數(shù)量高達(dá)65個(gè)。其關(guān)聯(lián)性表現(xiàn)在，作為控制每一色印刷版輥的軸，其速度的來源是統(tǒng)一的，即由系統(tǒng)虛擬的電子軸給定的實(shí)時(shí)速度和實(shí)現(xiàn)套印所需的調(diào)節(jié)速度。各個(gè)軸在確保系統(tǒng)傳動的同步性的同時(shí)，必須響應(yīng)適當(dāng)?shù)氖謩犹咨辔徽{(diào)節(jié)。系統(tǒng)的所有指令，均由PLC統(tǒng)一實(shí)時(shí)處理后，通過Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)將其傳遞給每個(gè)相互關(guān)聯(lián)的軸，并做出相應(yīng)的速度同步和相位調(diào)整。

　　其獨(dú)立性表現(xiàn)在，每個(gè)軸在自身所必須的工藝控制模式和控制框架下，運(yùn)行機(jī)理是不完全相同的，是自成體系的。在PLC中，每個(gè)軸的功能參數(shù)是不完全相同的，由PLC每個(gè)軸運(yùn)行所需的功能參數(shù)和系統(tǒng)函數(shù)通過Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)，下載給每個(gè)軸的伺服驅(qū)動單元，而伺服驅(qū)動單元?jiǎng)t根據(jù)接收到的功能參數(shù)和系統(tǒng)函數(shù)，驅(qū)動相應(yīng)的伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)軸的控制。伺服電機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)由其內(nèi)置編碼器反饋給伺服驅(qū)動器中的編碼器信號分析卡，形成軸自身的閉環(huán)控制。

　　在系統(tǒng)的具體搭建上 ， 采 用 ControlLogix 1756作為主站PLC， CPU選用1756-L72，通過以太網(wǎng)模塊1756-EN3TR將主站PLC與工業(yè)交換機(jī) ES-1026連接，再通過工業(yè)交換機(jī)與從站PLC、人機(jī)界面和伺服驅(qū)動器組成 Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)主站PLC 對整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制。其系統(tǒng)框圖如圖2所示。

　　在PLC中建立一個(gè)與中心滾筒相同條件的虛擬軸，中心滾筒在運(yùn)行時(shí)對虛擬軸進(jìn)行跟隨。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，虛擬軸不受外界因素的影響，能夠準(zhǔn)確按照PLC 中的指令運(yùn)行。同時(shí)中心滾筒電機(jī)與安裝在中心滾筒上的高精度編碼器組成閉環(huán)控制。在運(yùn)行過程中能夠準(zhǔn)確的定位中心滾筒的當(dāng)前位置，版輥電機(jī)、網(wǎng)紋輥電機(jī)、遞墨輥電機(jī)通過對中心滾筒的跟隨，保證中心滾筒、版輥、網(wǎng)紋輥和遞墨輥之間的表面線速度一致，即同步性。而且，在運(yùn)行過程中，版輥在保證同步性的同時(shí)，還要能準(zhǔn)確的響應(yīng)手動套色對相位調(diào)節(jié)。

　　每個(gè)印刷色組的進(jìn)給電機(jī)通過編碼器的反饋，能夠準(zhǔn)確進(jìn)給到工藝需要的位置，保證印刷所需的遞墨量和壓印力，以達(dá)到完美的印刷效果。其控制流程圖如圖3所示。

　　效果

　　陜西北人通過使用羅克韋爾自動化的全伺服系統(tǒng)，推出了衛(wèi)星式柔版印刷機(jī)全系列產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)中希望的所有高端功能。印刷單元采用直接驅(qū)動 (印版滾筒)技術(shù)，傳動鏈短、傳動精度高。伺服電機(jī)直接驅(qū)動網(wǎng)紋輥，傳動精度高，停機(jī)時(shí)則放慢速度勻墨，防止網(wǎng)紋輥網(wǎng)坑枯結(jié)，停機(jī)或離壓時(shí)，停止給墨，印版滾筒把墨完全傳遞后離壓，保持印版清潔。印刷壓力采用伺服電機(jī)調(diào)整，并具有記憶重復(fù)定位功能，快速調(diào)節(jié)與精確微動調(diào)整相結(jié)合，操作方便。設(shè)備采用全封閉伺服張力控制升降速，套印精度保持不變;印刷長度不受齒輪節(jié)距限制，在版輥范圍內(nèi)任意選擇。產(chǎn)品的套準(zhǔn)精度和印刷精度完全符合目標(biāo)要求，最高印刷速度達(dá)到300m/min。

　　陜西北人對羅克韋爾自動化提供的解決方案給予了高度的評價(jià)?！傲_克韋爾自動化為我們提供了全以太網(wǎng)架構(gòu)的控制方案，可以實(shí)現(xiàn)模塊化編程，開發(fā)非常簡單，并且設(shè)備運(yùn)行起來高效、靈活，” 研發(fā)部部長練大偉稱贊道，“隨著市場和技術(shù)的發(fā)展，印刷包裝行業(yè)用戶對印刷包裝設(shè)備的要求逐漸向高效化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，與羅克韋爾自動化的合作使我們贏得了客戶的認(rèn)可?！?/FONT>