報紙印刷自動輸紙系統技術解析

文/劉曉明 李炫

報業印刷自動輸送新聞紙系統，是針對報業高速輪轉印刷機在生產過程中對紙張的多規格、多路徑、多機位的多元任務，設計開發的實用型創新技術。該技術通過對新聞紙卷物流閉環處理的智能控制，在無線組網集群控制下，自主機器人與進口印刷設備紙架群生產高效自動對接，可大大提高印刷生產效率。

1.系統架構設計

報業印刷自動輸紙系統包含無線通訊技術、ARM嵌入式計算機技術、系統控制技術、驅動控制技術、磁導航技術、安全控制技術、電池電源技術等，通過組態軟件實現對整個輸紙系統的運行監控，根據印報機各個紙架的要紙信號，由工業現場總線技術控制器處理傳輸給中控系統，再由無線局域網調度各運載機器人完成紙卷自動裝載、自動運送、自動稱重、自動上下紙、自動回收紙芯、自動充電等工作，并監控系統各種設備的運行狀態、自診斷和指示故障。系統能夠連接到公司ERP系統，實現對紙張消耗信息的收集、記錄和統計處理。

圖1 系統設計與實施路線圖

如上，系統技術設計是以實際需求為基礎的，確定需求總體目標后，需將其分解為若干分項子目標，據此構建和確定總體技術設計方案，分類進行設計，進行實施，并在安裝調試與試運行過程中進行優化，最終投入使用。

2.系統工藝設計

無線群控機器人自動輸紙系統生產工藝設計為：系統接到紙架的要紙信號后，對要紙紙架、紙型和開卷方向等進行判斷，自動生成相應的送紙任務；此任務通過無線網絡發送給在停車場發車位等待的自動機器人――AGV運輸車，接收到任務的AGV自動到相應的儲紙擱板輸送帶尾部的裝紙臺裝載紙卷（在系統上預先設定擱板輸送帶上紙卷的紙型和開卷方向）；AGV到達裝紙臺后，擱板輸送帶啟動裝紙；AGV在成功裝載好紙卷后，在弱磁導引線的導引下將紙卷送至要紙的紙架（中間要紙卷稱重），并在完成自動上下紙后將紙芯帶回，由紙芯回收裝置將紙芯集中回收（同時要紙芯稱重）。最后，AGV返回停車場排隊，等待下一次任務。

3.集群控制技術

無線群控網絡主要是將多層次網絡控制技術引入新聞紙自動輸送系統，包括將工業以太網技術（包括無線以太網和有線以太網）和工業現場總線技術（PROFIBUS-DP）等，按照新聞紙輸送系統的控制任務分區和分層使用，使整個控制系統的設計更優化合理。本系統特別設置了紙卷預處理區和紙卷輸送區，每個區有一套西門子S7-300PLC作主站， 若干S7-200PLC等作子站，子站通過PROFIBUS工業總線與主站交換信息，S7-300PLC主站則通過工業以太網與系統主控計算機進行信息交換；同時，主控計算機通過無線以太網（Ethernet）與自動運載機器人AGV交換信息；遵循TCP/IP協議；廠區覆蓋半徑150米以上，實現對18部低托盤運載機器人（AGV）的網絡化無線集群控制。

圖2 系統平面布置示意圖

圖3 生產工藝布局示意圖

采用以上方案將復雜的新聞紙輸送系統模塊化，復雜功能被分解，系統組織更加有序、高效和可靠。

控制系統主控計算機和AGV之間通過無線以太網絡進行通信，此無線網絡的構建在主控計算機側基于一組符合IEEE 802.11g標準無線路由，本系統采用電信級大功率無線AP，輸出功率1W可調，頻率范圍2400～2484 MHz，傳輸速率可達54Mbps。在AGV側采用同樣符合IEEE 802.11g標準的無線網絡收發器（無線網卡）。主控計算機一個大功率寬帶無線AP和18個AGV對應的18個MOXA無線網卡組成一個無線局域網。在主控計算機安裝好驅動程序，設置虛擬端口參數，同時對無線AP及內置AGV的無線網卡的通訊參數和IP地址進行正確設置，并對AGV上的主控CPU進行相應的接口編程后，主控計算機和AGV之間即可實現即時通訊。

通過無線網絡通訊數據交換，主控計算機就可以了解對應各AGV當前的空間位置、任務進程、控制系統的運行狀態、動力狀況等，并根據所獲得的信息反饋，給相應AGV下達新的任務指令，以方便AGV完成新的任務。

在主控計算機和AGV運行狀態均設置為自動的情況下，主控計算機和AGV之間按照每秒2～3次的頻率進行數據收發，從而實現數據的實時交換。

4.軟硬件及控制流程

由于系統各部分設備選用的產品不同，控制系統的軟件開發也會有所不同。深圳報業集團的自動輸紙系統，主控計算機控制程序等主要是基于微軟的Windows XP professional、SQL 2000 server、VB、VC以及亞控科技的組態王技術平臺進行開發；主控制器和紙架控制部分則是基于西門子S7-300、S7-200可編程控制器系列開發軟件以及西門子總線技術SIMATIC NET進行開發；AGV的主控制器的控制程序主要是基于C/C++語言開發。各部分控制系統相對獨立，但相互之間通過有線或無線通信保證數據實時共享，最終實現對AGV輸紙的無線集群控制。

圖4 無線網絡通訊示意圖

圖5 控制系統流程圖

深圳報業集團無線群控機器人自動輸紙系統配置

序號 設備名稱 型 號 數 量 功 用1 主控電腦 戴爾商用OPTIPLEX 330 1臺 監控、管理2 主控制器PLC 西門子S7-300 1組 系統控制3 子控制器PLC 西門子S7-200 8組 紙架現場控制4 無線路由器（AP） WiFly-City ODU-8300-PG 1套 無線通訊5 運載機器人AGV （外委加工） 18部 自動輸送紙卷6 手持遙控器 20 AGV手動控制7 導引和地標磁條8 光地標反射板9 紅外光發射器 8

主控計算機與S7-300PLC主站通過工業以太網交換數據和信息；監控軟件通過人機界面組態，實時圖形仿真現場環境，動態監控系統全部設備的運行狀態；通過無線網絡調度AGV的運行等；也可對系統設備進行遠程操作控制、故障診斷、記錄等，智能化管理在線的設備。

通過聯接企業ERP軟件可根據系統對各紙卷稱重和紙芯稱重信息，記錄每個紙架的用紙量等，進而統計生成出新聞紙消耗的流水報表和班組報表。

報業印刷自動輸送新聞紙系統，充分利用了各種成熟的新技術、新工藝，具有自動化程度高、集成度高、運行穩定、維護保養簡單、經濟適用等特點。系統提升了企業生產環境質量和管理水平，提升了報業印刷企業的效益。