基于PLC控制的絲網印刷機的設計

1、山西中北大學機械與動力工程學院 張懷義 王福明

2、北京清大天達光電科技有限公司 范兆周 谷海雷

1 絲網印刷機的工作原理

圖1 絲網印刷機工作原理

所謂的絲網印刷就是把帶有圖案或圖像的模版依附于絲網上，采用手工刻漆膜或者光化學制版的方法制作絲網印版進行印刷。

絲網印版、刮板、油墨、印刷臺以及承印物共同組成了絲網印刷的五大要素。絲網印刷機的工作原理如圖1所示：刮墨刀由傳動機構傳遞動力，讓其在運動中擠壓油墨和絲網印版，使絲網印版與承印物形成一條壓印線，由于絲網具有張力，會對刮墨刀產生回彈力，回彈力使絲網印版除壓印線外都不與承印物相接觸，油墨在擠壓力的作用下通過網孔漏印到承印物上。絲網在印刷過程中，一直處在變形和回彈之中。刮墨刀在完成單向印刷后與絲網印版一起脫離承印物，同時進行返程回墨，即完成一個印刷循環。

2 絲網印刷機的工藝分析

本文設計的絲網印刷機為觸摸屏生產線的配套設備，在與上游上片機和下游對位貼合機相接后，能夠完成觸摸屏生產中銀點的印刷。

圖2 工藝流程

絲網印刷機的工藝流程圖如圖2所示：玻璃通過上片機將其放置于UVW平臺上，并由平臺上的吸盤吸附后，經跑臺傳輸到指定位置，再通過Keyence視覺系統進行定位，再由印刷機構進行印刷，卸片后即完成一個工作循環。設備在運行過程中，只要能實現要求，可盡可能縮短每個動作實現的時間，從而提高效率。

3 系統硬件分析

本文設計的絲網印刷機采用三菱Q系列的PLC，因其具備配套齊全、功能完善、適用性強、可靠性高的特點，完全符合設備的要求[1]。根據設備的輸入、輸出點數以及需要留有10%的備用點，故選用了QX41和QX42兩個輸入模塊，一個QY42P輸出模塊。其中QX41的輸入點數是32點，QX42的輸入點數是64點，都是DC24V/4mA輸入，帶32點公共端。QY42P的輸出點數是64點，晶閘管輸出，帶32點公共端。此外，電源模塊選用Q61P-A2，輸入電壓范圍AC200～240V，輸出電壓DC5V，輸出電流6A[2]。

該系統采用高性能CPU，型號為Q02CPU，其控制方式為存儲程序的反復運算，輸入輸出控制方式為刷新方式，可承受的最大I/O點數為8192點，其自帶的RS-232接口通過編程電纜與觸摸屏相連，具備串行通信功能，所選用的QJ71C24-R2具有兩個RS-232接口通道，其中一個通道與測厚裝置相連，另一個通道與視覺系統相連。

由于絲網印刷機涉及到通過UVW平臺對觸摸屏的定位功能，所以還需選擇定位模塊，結合設備需要，選用了QD75P4、QD75P8和QD75D2三個定位模塊，其分別控制4個、7個和2個電機。該PLC的部分輸入點和輸出點的連線如圖3和圖4所示。

圖3 PLC部分輸入點連線圖

圖4 PLC部分輸出點連線圖

4 人機界面設計

圖5所示為絲網印刷機觸摸屏界面中的參數設置界面，其包括刮刀速度、回墨刀速度、刮刀架點動速度、印刷次數、玻璃厚度等參數。

圖5 參數設置界面

5 系統軟件設計

由運動過程分析可知，該系統是一個多工步的順序控制系統，通過模塊化程序結構實現控制，具有結構簡單、易于編程等優點。其包括初始化模塊、參數設置模塊、手動運行模塊、自動運行模塊、數值計算模塊、數據通信模塊和監視控制模塊[3]。因篇幅有限，此處并未給出梯形圖程序。自動運行程序流程圖如圖6所示。

圖6 自動程序流程圖

6 結束語

本文采用三菱Q系列的PLC、伺服驅動器、變頻器和觸摸屏設計了絲網印刷機的控制系統，有力地提高了絲網印刷機的工作可靠性和安全性。其刮墨刀和回墨刀速度均可調，刮刀架點動速度可調，滿足了觸摸屏生產的絲印工藝要求，再通過人機界面的設置，使得實際操作更加直觀簡單，同時實現了絲網印刷機的在線檢測和控制，方便了系統的檢修和維護。該設備自投入生產以來，運行穩定，動作安全可靠[4]。

[1]熊新民.自動控制原理與系統[M].北京：電子工業出版社,2003.

[2]滿永奎.三菱Q系列PLC原理與應用設計[M].北京：機械工業出版社,2010．

[3]廖常初.PLC編程及應用[M].北京：機械工業出版社,2005．

[4]秦琴.基于PLC控制的玻璃清洗機的設計[J].機械工程與自動化,2009(4)：169-170．