二手輪轉(zhuǎn)式印刷機(jī)控制系統(tǒng)的改造

夏筱筠，田濱濱，朱 海

(中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所有限公司，遼寧 沈陽 110168)

一、現(xiàn)狀及研究意義

目前國內(nèi)很多進(jìn)口的二手膠版商務(wù)印刷設(shè)備雖然機(jī)械部分保存相對(duì)完好，但電氣控制部分老化嚴(yán)重，且很多配件已經(jīng)下市，阻礙了設(shè)備再次利用。

鑒于此種情況，特以德國曼羅蘭UNISET60商務(wù)輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)、研發(fā)出一套相對(duì)通用的控制系統(tǒng)。并以此系統(tǒng)為參照，可在其他同類設(shè)備上進(jìn)行推廣。

二、系統(tǒng)的主要功能與特點(diǎn)

商務(wù)印刷控制系統(tǒng)的主要功能分為紙張、油墨、機(jī)體運(yùn)行3部分。紙張控制主要包括兩段張力、紙張自動(dòng)傳紙、自動(dòng)接紙、紙張位置糾偏控制；油墨控制主要包括墨斗輥速度、墨鍵開度、水擋板開度控制；機(jī)體運(yùn)行控制主要包括機(jī)體運(yùn)行速度、印版套準(zhǔn)、烘干箱、冷卻、折頁機(jī)控制。以上各種控制系統(tǒng)通過主控制系統(tǒng)的聯(lián)系，形成有機(jī)的配合，才能完成印刷工藝要求。

三、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

1.機(jī)體傳動(dòng)控制與輔助功能部分

該部分的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)的主控為西門子S7-300系列的PLC，通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，連接了從紙架到工控機(jī)共8個(gè)從站。每個(gè)從站有單獨(dú)的PLC做為從站的控制單元。并通過EM277連接到網(wǎng)絡(luò)上。各個(gè)從站均通過主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。在紙架與印刷部從站，另行匹配了SMARTLINE系列的觸摸屏。進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)定和局部狀態(tài)的監(jiān)控。該部分也是最基礎(chǔ)的控制部分。

2.紙架與張力控制部分

輪轉(zhuǎn)式商務(wù)印刷機(jī)的紙張輸出為紙卷開卷方式。在印刷的過程中，紙張?jiān)谠O(shè)備中傳動(dòng)，需要保證紙張的張力平穩(wěn)，不能堆紙、斷紙。在紙張經(jīng)過印刷部時(shí)，必須與滾筒成切線相交，保證印刷質(zhì)量。

設(shè)備的整體機(jī)械布局如圖2所示，其中，RW與ZE部分為紙架和前張力部分。紙架部分主要承擔(dān)紙卷的開卷張力控制和紙卷的續(xù)接工作。為了保證印刷的連續(xù)性。需引入紙卷自動(dòng)接續(xù)紙功能。在自動(dòng)接續(xù)紙的輪轉(zhuǎn)式印刷機(jī)里，主要續(xù)紙方式分為零速接紙和非零速接紙。在該設(shè)備中，硬件采用的是非零速接紙。接紙過程中，需要張力控制的切換。

如圖3所示，在紙張從紙卷輸出到前張力間，保持張力切換的平穩(wěn)是關(guān)鍵。該部分，采用了比例閥對(duì)紙張張力浮動(dòng)輥進(jìn)行張力設(shè)定，浮動(dòng)輥的位置根據(jù)紙張的拉力變化而變化。并通過S7-200的PID功能，對(duì)紙架皮帶驅(qū)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)速。進(jìn)而保證紙張的輸出速度與張力的匹配。

圖3 紙架結(jié)構(gòu)原理圖

前張力部分的結(jié)構(gòu)與紙架部分類似，它的功能是提升紙張的輸出穩(wěn)定性。

3.紙張糾偏部分

該部分通過一套E+L的糾偏系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)紙張的糾偏控制。保證紙張中心與印刷部的中心盡量的重合。

4.印刷套準(zhǔn)部分

該部分的結(jié)構(gòu)為兩臺(tái)CCD高速相機(jī)、相機(jī)位移驅(qū)動(dòng)器、信號(hào)處理器，操作控制單元、套準(zhǔn)電機(jī)。其中，高速照相機(jī)，用于對(duì)準(zhǔn)套色標(biāo)志。信號(hào)處理器將所采集的四色偏差，經(jīng)過處理后，通過總線方式傳遞給主控制單元，并控制相應(yīng)的套準(zhǔn)電機(jī)對(duì)版輥進(jìn)行軸向或者周向的移動(dòng)。其主要的原理如圖4所示。

每個(gè)印刷品單元上，都有一個(gè)參照標(biāo)記“R”。當(dāng)照相

圖4 四色套準(zhǔn)示意圖

機(jī)根據(jù)四顏色的套準(zhǔn)標(biāo)記與“R”點(diǎn)的距離，計(jì)算出軸向與軸向上的印刷偏差值。再通過四色的套印電機(jī)，調(diào)整版輥位置，使其套印誤差達(dá)到允許范圍內(nèi)。衡量套印系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)為：相機(jī)類型、相機(jī)分辨率、頻閃燈、套準(zhǔn)標(biāo)記區(qū)域尺寸、相機(jī)單元測(cè)量范圍、套印標(biāo)記直徑、套印標(biāo)記測(cè)量精度等。

5.烘干箱部分、冷卻部分該部分主要用于對(duì)印刷產(chǎn)品進(jìn)行快速烘干并通過水冷輥進(jìn)行冷卻，防止粘連。該部分的控制相對(duì)獨(dú)立，因此，與主控系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)相對(duì)較少。

6.折機(jī)與裁切套準(zhǔn)部分

該部分的原理與印刷套色系統(tǒng)類似，都是通過檢測(cè)元件對(duì)相應(yīng)的標(biāo)記位置進(jìn)行檢測(cè)，并自動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整紙張的相對(duì)位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)裁切位置的調(diào)整，是印刷品質(zhì)處理的最后一道工序。

7.油墨控制單元

這部分主要通過墨斗輥將墨槽內(nèi)的油墨輸出到勻墨輥上。并與水輥融合后，將印版的內(nèi)容印到紙上。由于商務(wù)印刷多采用四色印刷方式，油墨的控制至關(guān)重要。該部分在工藝上相對(duì)獨(dú)立。如圖5所示。其中，顯示部分為LED燈組，每組對(duì)應(yīng)一個(gè)墨鍵區(qū)域，共22組。其余4組為水輥擋板開度與墨斗輥速度。鍵盤部分對(duì)應(yīng)顯示部分。每種顏色均有4塊墨鍵驅(qū)動(dòng)板，每塊板控制11臺(tái)單向電位計(jì)反饋的減速電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

四、設(shè)備印刷產(chǎn)能分析

圖5 油墨控制結(jié)構(gòu)圖

在原系統(tǒng)上，由于采用的INTERBUS的總線協(xié)議和封閉的PECOM總線，因此，在使用過程中，一旦總線回路中發(fā)生損壞，整條總線將無法繼續(xù)工作。這與PROFIBUS總線相比，其允錯(cuò)能力大大降低。

同時(shí)，由于原系統(tǒng)的核心產(chǎn)品均為自行研發(fā)生產(chǎn)，其開放性與易維護(hù)性較低。對(duì)日常的生產(chǎn)與維護(hù)，造成了極大的不便。

在設(shè)備匹配了新的控制系統(tǒng)后，以上的問題迎刃而解。在保證原設(shè)備性能的基礎(chǔ)上，大大的降低了設(shè)備的使用與維護(hù)成本。

五、結(jié)語

通用型商務(wù)輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)控制系統(tǒng)，打破了進(jìn)口設(shè)備的技術(shù)壟斷，恢復(fù)了設(shè)備生產(chǎn)能力，降低了使用與維護(hù)成本。該系統(tǒng)從根本上解決了印刷專用機(jī)間相對(duì)封閉的技術(shù)難題。對(duì)日后的老舊設(shè)備再次利用，起到了指導(dǎo)性作用。