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1　引言

1980年后，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。當前在工業發達國家，柔版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存在機械成本高、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。本文中的編織袋柔版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動作，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。此方案的優勢是，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。

編織袋印刷的難點在于，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。

2　編織袋套色柔版印刷機工作原理及介紹

2.1　設備整體

編織袋套色柔版印刷機的部件包括：1放卷架、2放卷輥、3屯料緩沖機構、4色標傳感器、5前牽引輥、6印刷輥、7傳墨輥、8后牽引輥、9屯料緩沖機構、10收卷輥、11成品（如圖1中1~11所示）。

圖1 機械結構示意簡圖

2.2　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。

2.3　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。

2.4　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。

2.5　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。

3　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，提高變頻器頻率響應速度，同時節省電氣成本。

3.2　系統拓撲圖（如圖2所示）

圖2 電氣系統拓撲圖

3.3　電氣選型（如表1所示）

表1 電氣選型

4　方案特點

（1）滿速印刷功能

采用英威騰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，避免在加減速段造成印刷套色偏差，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3所示。

圖3 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。如圖4所示。

圖4 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，倒轉可能導致編織袋變形。現采用限制最大倒轉速度的方式，減小倒轉距離，減小編織袋拉伸。牽引倒轉限速、無限速曲線如圖5、圖6所示。

圖5 牽引倒轉限速曲線

圖6 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。色標伺服捕獲如圖7所示。

圖7 伺服捕獲

5　結語

英威騰編織袋柔版印刷機整體解決方案，應用AX70中型PLC中電子凸輪的靈活配置切換功能，為客戶帶來了功能和性能上的進步。使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。

作者簡介：

葉億一（1990-），男，浙江溫州人，工程師，學士，現任深圳市英威騰電氣股份有限公司技術工程師，長期從事印刷與包裝行業系統程序開發工作。

王小東（1996-），男，江西吉安人，工程師，學士，現任深圳市英威騰電氣股份有限公司技術工程師，長期從事印刷與包裝行業系統程序開發工作。

汪文泉（1997-），男，安徽宣城人，工程師，學士，現任深圳市英威騰電氣股份有限公司技術工程師，長期從事印刷與包裝行業系統程序開發工作。

參考文獻：

[1] 深圳市英威騰電氣股份有限公司. AX70系列可編程控制器硬件手冊_V1.0[Z] .

[2] 深圳市英威騰電氣股份有限公司. DA200高性能通用交流伺服驅動器產品說明書_V2.2[Z] .

摘自《自動化博覽》2021年4月刊