印刷机的原理及电气应用

广州宏通机器制造有限公司    谢庆珠

一、关键词
PLC、触摸屏、变频器、伺服器、印刷机
二、摘要
在印刷机中，利用PLC的自动控制与伺服器、变频器的完美结合，使印刷机的品种与印刷的尺寸及印刷的速度等成为可调参数，直接在触摸屏上操作，改变PLC的参数符合生产工艺要求，它提高了生产效率、提高了产品精度、操作简单、方便、充分体现了工控自动化在实际生产中的重要作用。
三、引言
印刷品的种类不同，要求各异，相应的印耍机的形状、大小各不相同。本文介绍的是广州欧阳印机有限公司生产的银龙系列四色轮转机，此机根据生产要求，触摸屏操作，伺服器带动伺服电机作位置控制，张力臂对变频器控制驱动电机作动态控制，并与其他器件的协调。达到印刷产品的多样化、高效率、高精度及操作方便。

四、原理与电气应用
印刷机的机器原理如印刷机原理图所示
1、印刷机的机械原理
走纸路线：请按印刷机原理图中的箭头方向所示，送料轴送出纸，经过送料张力臂并压住它，穿过纠偏器、离合器，然后从大转轮底下的夹缝出来，再压住收料张力臂，回到收料轴上。即： 
           走纸               走纸             走纸

                                                     走纸    
                         走纸              走纸


 2、设备分析：
送料电机启动后，电机带动送料轴旋转开始送纸，转速由送料张力臂控制，收料电机与送料电机原理相同。
纠偏器：送纸时，当纸偏向左边时，左边的光电传感器输出为“ON”，电机正转，当纸偏向右边时，右边的光电传感器输出为“ON”，电机反转，当纸在正中间时，左右两边是光电传感器输出为“OFF”电机停止转动。
离合器：当印刷图案时，离合器放松，纸可以通过离合器。当非印刷图案时，离合器夹紧，纸不能通过。
转轮：大转轮在旋转时，齿轮带动周边的四个小转轮，四个小转轮上装有四种不同的色料，色料传给各自的小转轮色印上，然后印在大转轮上，最后印在大转轮底下的纸上。四个小转轮分别平均分配在大转轮的周边上，大转轮每转一周，小转轮各转三周，在大转轮边上印上三个图案，每个图案由四个小转轮各走一周完成。
工作原理：运行时，大转轮在旋转中，每个图走到大转轮下边某个位置时，气阀顶上轴马上顶上，送料电机、收送电机、纠偏器启动，离合器放松。此时，顶上轴与大转轮夹住纸一起旋转，把图案印在纸上，图案印完后，顶气轴复位，离合器夹紧纸，送料电机、电料电机、纠偏器全部停止工作，大转轮继续旋转。下个图案到达此位置时，重复上述步骤。
3、电气应用
3.1、材料选型：
该机有多种功能，需要多种相应的电气材料。
送料电机转速快时，收料电机相对转速慢，送出去的纸不能及时收走，纸将积累，相反，送料电机转速慢时，收料电机相对转速快，收料电机将拉断纸。工艺要求送料电机每次送出的纸收料电机都能及时收走，并且刚刚收完，形成一种动态平衡，这种动态平衡由其各自的张力臂控制，因此，选用变频器驱动送料、收料电机，由其张力臂上的电位器进行模拟量的控制电机转速。
纠偏器是可以正反转的普通直流电机、离合器是普通的电磁线圈，它们都是普通的开关量。
大转轮旋转时，不但速度可调，更要求位置控制精确，它每转一圈有三个图案，每个图案所旋转的角度为120°。当大转轮从0点旋转至120°时，顶上轴上顶，开始印图案，图案印在纸上的长度为可调参数，因此选用伺服器（伺服电机）PLC、触摸屏。由PLC做整个系统的逻辑控制，它发脉冲给伺服器，驱动伺服电机，对大转轮作位置控制运行方式、可调参数由触摸屏操作完成。具体材料选型见表（一）：
材料选型表（一）
型号    注译    数量
EP100-2    迈信EP100系列伺服器、AC220V、三相或单相    1台
11OST-M5030    迈信STAR系列伺服电机、功率1.5KW、零速转矩、额定转速3000r/m、额定电流6A    1台
FR-E540-0.4K    三菱变频器、三相400V系列、0.4KW    2台
FX2N-64MT    三菱PLC、晶体管输出、64点    1台
F940G07    三菱触摸屏GOT系列    1台

3.2、电气控制
   该印刷机的电气控制系统原理如系统图所示，具体接线如附录A：接线图所示。它主要由PLC、触摸屏、伺服器（伺服电机）、变频器、电机等组成。
PLC与触摸屏通信，由触摸屏进行操作和监控，可调运行方式、运行速度、印刷图案长度等参数。PLC主要作为整套系统的逻辑控制，它发出脉冲给伺服器，伺服器驱动伺服电机，伺服电机拖动大转轮同时伺服电机上的旋转编码器反馈信号回到伺服器，形成了闭环控制。只要PLC给定的信号（脉冲量）伺服器就能驱动伺服电机旋转到期望位置。由于PLC的脉冲输出点YO连接伺服器的位置指令点PULS+和PLC本身的输入点XO，用高速计数器C235计数XO当前接收的脉冲量，当脉冲量达到设置值时，PLC进行高速处理输出，立即置位或复位顶上轴，启动或停止送料变频器、收料变频器、纠偏器、离合器等使大转轮、送料轴、收料轴、纠偏器、离合器达到很好的协调，整个系统灵敏度很高，既能控制大转轮的速度，又能在大转轮走在某设定位置时驱动其它装置。在PLC逻辑控制下变频器又能独立的控制电机转速。变频器接收到PLC的启动信号时，它驱动电机，送料电机开始送纸，收料电机开始收纸，送料电机与收料电机达到平衡即是动态平衡。由送料张力臂与收料张力臂上的电位器的模拟信号来完成。
如送纸过程中，纸收紧时把张力臂压低，张力臂上的电位器旋转了一个角θ，送料电位器输出到送料变频器的电压降低，收料电位器输出到收料变频器的电压升高，因此送料电机减速，收料电机加速。如纸放松时则相反。以下各个主要部分具体讨论：
 

3.2.1  PLC：
采用三菱FX2N-64MT型的PLC，由编写的特定程序及特殊的接线来控制整套系统，接线如附录A：接线图所示，程序如附录B：梯形图所示。
         由于设备的安全要求，必须安装急停开关，因此，PLC的程序使用主控指令作为运行时的总开关，用初始脉冲继电器M8002的触点作初始化准备，M10接通时程序作运行准备。在设备启动运行时，PLC从输出点YO对伺服器发出正脉冲，大转轮旋转一圈设定PLC发出的脉冲量为15000个（由伺服器的参数设置）大转轮的周长为150cm，每旋转1cm的距离，需要100个脉冲，可精确到0.01cm，它的周边平均印上三个图案，50cm的距离有一个图案,编写程序，以从0点开始，PLC发出500个脉冲时到第一个图案，10000个脉冲时到第二个图案，15000个脉冲时到第三个图案。在这三个脉冲数时顶上轴上顶