電子凸輪控制系統在圓網數碼無縫壁布機中的應用

蔡熙　楚建安

【摘 要】將傳統圓網印花與新興數碼印花相結合，提出了一種新的聯合印花模式在無縫壁布中的應用。設計了圓網數碼無縫壁布機的主控系統，實現了貼布導帶與圓網及數碼打印小車的同步控制。重點介紹了電子凸輪在以三菱高速PLC為主的控制平臺上的實現方法，利用電子凸輪技術替代了傳統機械凸輪，解決了傳統機械凸輪壓強大，易磨損，凸輪輪廓加工困難等問題，極大的減少了壁布機機械結構的復雜性。

【關鍵詞】電子凸輪;可編程運動控制器;簡單運動模塊;無縫壁布機

中圖分類號： U653.9 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）01-0154-002

0 引言

近年來隨著數碼印花在國內印花行業內的興起，越來越多的印花設備廠推出了自主研發生產的數碼印花設備。將傳統網印技術與數碼印花技術聯合起來，可以很好的避免兩種技術的缺點，發揮出各自的優勢。這樣的聯合印刷方案設計在保障印刷產品質量與精度的情況下可以很好地減少印花設備購置成本及生產過程中的生產成本。

1 圓網數碼無縫壁布機

這里介紹的這臺圓網數碼無縫壁布機的數碼印花模式是以動態同步掃描方式來完成的，數碼印花與圓網印花在方向上是正交的，在花回上是同步的。這樣兩個速度合成一個矢量軌跡走向就是數碼印刷實際在壁布上的印刷方向。

圓網數碼無縫壁布機中的數碼小車具有典型的循環往復運動軌跡，利用一種基于三菱PLC簡單運動模塊的電子凸輪技術，實現數碼打印小車與壁布走料的同步運動控制。相較于傳統的機械凸輪，通過電子凸輪輸出的從動軸在往復運動中精度高，穩定性好。在壁布生產過程中若工況發生改變，數碼印刷與圓網印刷間套印糾偏等情況下，電子凸輪能快速響應系統需要，手動或自動調整電子凸輪數據，而無需重新制作新凸輪，機構的輸出柔性好。

2 基于PLC的電子凸輪系統

整臺圓網數碼無縫壁布機的主控系統采用以PLC為主的控制平臺，主控系統主要由三菱PLC（Q02HCPU）、三菱簡單運動模塊（QD77MS）、遠程I/O/AD/DA模塊、色標傳感器、光電編碼器、伺服電機、直線電機、儀表（溫度、壓力）、傳感器、交換機等組成，如圖一所示。

主控系統中導帶伺服電機為主令電機，在主令電機上的光電編碼器輸出的編碼脈沖為走料脈沖，走料脈沖傳回到PLC中作為后續圓網同步印刷與數碼同步印刷的主軸主輸入信號。色標傳感器檢測到色標間隔信號，在PLC中高速中斷處理得出誤差量，再經過簡單運動模塊的誤差算法處理得到位置補償脈沖作為直線電機的主軸副輸入信號，其結構框圖如圖二所示。在簡單運動模塊中，走料脈沖與位置補償脈沖通過主軸電子齒輪合成主輸入軸脈沖信號為電子凸輪系統提供輸入軸參數，輸入軸輸入的主軸脈沖先由簡單運動模塊轉化為凸輪軸1周期當前值，再經過電子凸輪形成比數據計算出從軸脈沖輸出到伺服放大器中驅動直線電機做往復掃描運動。

3 電子凸輪的設計

在PLC中，將使用凸輪進行機械同步控制的機構用軟件替換進行相同的控制，稱為電子凸輪同步控制。在同步控制中，通過設置同步控制用參數，對各輸出軸啟動同步控制，對輸入軸（伺服輸入軸、同步編碼器軸）進行同步控制。

將壁布走料脈沖設為主軸輸入，對主軸的坐標可以設定最大花回長度為輸入軸周期，以循環凸輪運動。將凸輪軸 1 周期當前值作為輸入值，通過根據設置的凸輪數據轉換后的值（進給當前值）對輸出軸進行控制。

凸輪數據有行程比數據格式與坐標數據格式兩種，這里以行程比數據格式為例說明電子凸輪的設計過程。使用三菱PLC編程軟件GX Works2直接將電子凸輪數據設置到簡單運動模塊中（凸輪保存區），電子凸輪數據包括凸輪編號，數據格式，坐標數，凸輪數據開始位置及坐標數據。行程比數據格式的凸輪數據被定義為將 1 周期的凸輪曲線以凸輪分辨率的點數進行等分割，由凸輪分辨率的點數的行程比數據所構成，如圖三所示。

凸輪軸 1 周期當前值位于定義的凸輪數據的中間的情況下，通過前后的凸輪數據計算中間值。電子凸輪控制系統要同步數碼與圓網間的同步套印運動首先要分析出數碼打印小車作為從軸運動與壁布走料主軸運動間的關系。通過運動分析得出運動數據如表1所示。

圓網數碼無縫壁布機的數碼印花在一個凸輪周期中來回2Pass印刷，印刷過程中打印小車要與走料導帶保持耦合關系，故在電子凸輪同步區間15°～165°、 195°～345°打印小車為同步勻速運動，其他的時間段里為加減速區間。下面是電子凸輪曲線行程比數據的生成過程，如圖四所示。

4 結束語

在傳統的網印機器上加入數碼打印小車的聯合印刷方案，在現階段的新老技術交替階段給了市場多一個選擇，同時相較于兩種單獨的印花方式聯合印刷方案有著低成本、高效率、適應性強等特點。通過簡單的控制用參數設定，調用不同的電子凸輪數據，結合基于PLC的主控系統的同步運動控制，可以快速實現壁布幅寬及印花速度在一定范圍內的任意調節。極大的顯示出了電子凸輪相較于傳統機械凸輪的方便轉換的特性，這也恰好適應了現在市場上小批量定制化生產的需求。

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