三菱Q系列PLC在电子轴凹印机的应用.pdf

自 动 化 技术 与 应 用 2 0 1 1 年 第3 0 卷 第8 期 行 业 应 用 与 交 流 n d u s t r ial App l ic at i o n s a nd Commun i c at i o ns 三菱 Q系列 P L C在 电子轴凹印机的应用 陈元 招 。陈北 荣 1 ． 闽西职业技术学院， 福建 龙岩 3 6 4 0 2 1 2 ． 福建三华彩印有限公司， 福建 龙岩 3 6 4 0 2 1 摘要 电子轴凹印机的工艺较复杂 ， 精度、速度要求高， 控制难度大。三菱Q系列 P L C可执行多任务操作 ， 处理速度快 ， 功能强， 非 常适用于电子轴凹印机的控制需要。由控制系统组成和工作原理展开 ， 说明三菱 Q系列P L C 在电子轴凹印机的应用 ， 包括 单轴控制系统、Q系列P LC具体配置、I ／ O地址的分配和部分程序等内容 ， 使整机的运动控制更加稳定可靠 ， 性能得到显著 的提升 。 关键词 Q系列P L C； 电子轴凹印机 ； 控制系统 中图分类号 T M5 7 1 ． 6 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 1 0 8 ～ 0 0 6 0 ～0 4 Th e Ap p l i c a t i o n o f Mi t s u b i s h i ’ S Q Se r i e s PL C t o t h e Gr a v u r e wit h El e c t r o n ic Ax is CHEN Yu a n- z ha o 1 , CHEN Be i - r o n g 1 ． Mi n x i V o c a ti o n a l T e c h n i c al Co l l e g e ， L o n g y a n 3 6 4 0 2 1 C h i n a ； 2 ． S a n h u a C o l o u r P r i n t i n g C o ． L t d F u j i a n ， L o n g y a n 3 6 4 0 2 1 C hi n a Abs t r a c t T h e g r a v u r e wi t h e l e c t r o n i c a x i S i s c o mp l i c a t e d i n c r a f t ． I t i s s p e c i a l i z e d a t g r e a t a c c u r a c y ， h i g h s p e e d a n d d i ffi c u l t c o n t r o 1 ． T h e Mi t s u b i s h i ’ S Q S e r i e s P L C c a n a c c o mp l i s h s e v e r a l t a s k s a t a h i g h s p e e d ． I t i s s u i t a b l e t o b e u s e d i n c o n t r o l l i n g t h e g r a v u r e wi t h e l e c t r o n i c a x i s ． Th i s p a p e r s t a r t s f r o m t h e c o mp o n e n t s a n d wo r k i n g t h e o r i e s o f t h e s y s t e m， a n d e x p l a i n s t h e a p p l i c a t i o n o f Mi t s u b i s h i ’ S Q S e r i e s P L C t o t h e g r a v u r e wi t h e l e c t r o n i c a x i s i n c l u d i n g t h e f o l l o wi n g a s p e c t s t h e s i n g l e a x i s c o n t r o l l i n g s y s t e m， t h e c o n f i g u r a t i o n o f Q S e r i e s P L C ， t h e a l l o c a t i o n o f t h e I ／ 0 a d d r e s s e s ， a n d s o me p r o g r a ms ． T h e s ys t e m c a n ma k e t h e o p e r a t i o n o f t h e wh o l e ma c h i n e s t e a d y a n d r e l i a b l e ， S O a s t o g r e a t l y i mp r o v e t h e p e r f o r ma n c e ． Ke y w o r d s Q S e r i e s P L C； G r a v u r e w i t h E l e c t r o n i c Ax i s ； c o n t r o l l i n g s y s t e m 1 引言 随着印刷行业的快速发展 ， 凹印机的生产速度与印 刷精度要求也逐步提高 ， 依靠传统的电气控制技术很难 实现生产出高质量的印刷产品， 为适应印刷行业发展的 需求， 凹印机的控制系统不断趋向数字化、智能化和网 络化发展 ， 尽可能应用高精度、高动态响应和高稳定性 的控制系统， 使复杂的印刷工艺控制变得简单精确 ， 并 且越来越多的机械传动和执行机构也 由电气控制系统 所取代。当凹印机的印刷单元、牵引单元和模切单元等 发展成为独立的伺 服电机驱动方式控制时称为电子轴 收稿 日期 2 0 1 0 1 2 0 6 6 0 l T E 时 Je s d A I盘盯l甜o n A I p I ic 凹印机⋯。电子轴凹印机控制系统主要由大型 P LC、伺 服控制系统、现场总线、套准系统和人机界面等组成。 大型 PLC具有功能强、可靠性高 、使用灵活方便的特 点 ， 能够实现多重任务的复杂控制功能 ， 适应灵活多变 的生产控制要求。目前国内外有多种品牌 的大型 P L C 应用于电子轴凹印机 ， 三菱公司的 Q系列 P L C是其 中常 用的一种。 2 电子轴凹印机的印刷工艺流程 电子轴凹印机 印刷工艺流程如图 1所示 ， 卷筒纸从 开卷机离开后送到除尘装置 ， 为纸张的上下表面进行除 尘作业 ， 接着进行前张力控制， 用以控制印刷前端的纸 彳 亍业 应 用 与 交 流 n du s t r i a l App l ic a t ion s a n d Co m mu n i c a t ion s 自动化技 术与应用 2 0 l 1年第 3 0卷第 8期 张张力， 并与后张力控制系统构成闭环的印刷张力控 制 ， 使多色印刷单元区域 内部的张力始终保持相对的稳 定， 在前纠偏控制系统区域 ， 通过纠偏控制使纸张在进 入 印刷 之 前横 向位 置保 持 相对 稳定 。经 过前 端 的多 道 工序控制后 ， 纸张输送到印刷单元开始进行多色印刷 ， 每组印刷单元包含上墨系统 、印版、套准系统、补偿系 统、烘干和冷却系统等组成部分 ， 完成油墨的上墨和转 移、纸张的烘干与冷却、颜色叠加的套准控制[2 】等工序 ， 直到完成所有规定的文字图案 印刷任务 ； 印刷后的纸张 进行后张力控制和后纠偏控制 ， 使纸张在进入模切之前 保持张力和横向位置的相对稳定 ， 最后进入模切控制系 统 ， 分别完成压 凹凸、压痕和模切任务 ， 生产出印刷成 品， 至此 ， 完成电子轴凹印机的整个印刷生产工艺流程。 图 1 电子轴 凹印机印刷工艺流程 电子轴 凹印机 的工艺 流程 由许 多 电子轴 共 同完 成 ， 控制的关键在于实现多 电子轴之 间的速度 同步及 相对位置的恒定 ， 因此必须采用高性能的大型 PL C作 为控制核心。 3 三菱 Q 系列 P L C在 电子轴 凹印机 的应用 3 ． 1 三菱Q系列P L C 三菱 Q系列 PL C[ 】采用模块化结构 ， 主要由主基板 Q 3 1 2 B 、电源模块 Q 6 1 PA 1 、高性能的模块 Q 0 2 HC P U 、 ME L S E C HE T ／ H模块 QJ 7 1 B R1 1 、C C - L i n k模块 QJ 6 1 BT1 1 N 、输入模块 QX 4 1 、输出模块 Q Y4 1 P 、串行通讯模块 Q J 7 1 C 2 4 N 等模块构成 ， 此外 可以通过扩展基板的方式来扩展 I ／ 0的数量 ， 增加需要 的特殊功能模块。 3 ． 2电子轴凹印机控制系统 以国内某型的电子轴凹印机为例 ， 控制系统主要 由 Q系列 P L C、伺服控制器、伺服驱动器 、检测电路、套 准系统、C C L i n k现场总线【 1和人机界面等组成。 控制系统如图2 所示， 首先操作人员在人机界面设 定生产的相关数据 ， 如印版的版幅周长、前后张力的数 值和机器稳定运行速度等等 ， 这些数据传送到 Q 系列 P LC， 作为运算和执行的基准参数。Q系列 P LC通过 C CL i n k现场总线把各种运行指令和控制指令传输到 所有 的伺服控制器 ， 伺服控制器给伺服驱动器发 出指 令， 控制各自的伺服电机完成相位、速度、单 ／联动、 启停等运动动作 ， 同时通过各个检测装置把机器的瞬时 状态参数由 C C - L i n k现场总线反馈回到 Q系列 P L C， Q 系列 P LC再根据 反馈 回的信息 发送下一步 的控 制指令 ， 周而复始完成机器的闭环控制 。 图 2 电子轴凹印机的控制系统 电子轴 凹印机最重要的控制要求是实现精确的同 步和多种颜色之间的叠加套准印刷。Q系列 PLC根据 生产要求生成一个虚拟主轴 ， 作为整机协调统一运动的 基准 ， 按虚拟主轴的要求把位置及速度指令信号传送到 C C - L i n k现场总线上 ， 伺服控制器接收到位置和速度指 令信号 ， 由伺服驱动器驱动相应的伺服电机进行位置同 步运行 ， 从而实现整机高精度的同步控制 ； 在套准控制 时 ， 套准系统的光电眼对印刷的光标进行检测 ， 并把实 时的检测数据传送到套准系统控制器 ， 当某个颜色的印 刷套准的误差值偏离允许的范围时 ， 套准系统给出纠正 指令给 Q系列 PLC， 由相应的伺服 电机完成纠偏动作 ， 最终实现高精度的套准控制 。 3 ． 3 软件设计 在电子轴凹印机控制系统中， 控制系统程序设计主 要完成参数设置、系统检测、印刷单元运行、同步调节、 套准控制和干燥风机运行等任务 ， 程序设计流程如图 3 所示。系统通电后， 先进行参数设置 ， 系统自动检测完成 后发送运行信号到上位机 ， 并启动印刷预备系统， 选择调 自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 l 1 年 第3 0 卷 第 8 期 行 业 应 用 与 交 流 n du s t r ial App l i c at i o n s an d Commun ica t i o n s 节方式 ， 然后通过滚筒速度、纸张张力和位置检测实现 印刷同步调节 ， 同步调节完成后启动干燥风机开始印刷 ， 同时对套准系统发出信号 ， 实现印刷过程的套准控制。 图3 印刷系统控制程序设计流程 3 ． 4 QP L C的I／ 0地址分配 ■L 口 I 鞠出■口【 o P L C m． ． 聃麓 P L 馐 功拖 P I ． C 正常 l滩电瞄接拽■ ■ 四正常 直流电罐畦揍疋常 f 纛停 何曩癌御群0 I c Ⅱ 敲 触畸正常 Y O 5 棚曩孵聃群 口 帔l X 4 7 聊 挎制靠蔓位 m 坤 ∞ ■ 蔫眭堆鲁 撮t ＆断 T 咖 B 1 ● 钟压印鞋筒信号 出 X 7 A 逮魄停止 D ’ O D F l ● 8 ． 印■簟翘杼 I I 述 9 t 自■● 适杼 喊 谴运拧 X 8 0 “ ／ 8 7 l ● B ． 印 l 簟舞饭定 l 9 8 “印■簟元髓建 3 ． 5 部分程序 1 主程序 图 4 主程序梯形图 2 1 印刷单元运行程序 图5 印刷单元梯形图 4 应用效果 Q系列 P L C在电子轴凹印机的应用， 大大提高了印 刷设备的性能 ， 真正实现各 电子轴之间的同步及相对位 置的精确控制 。控制系统与各 电子轴之间运用高速的 C C L i n k现场总线进行数据传输 ， 如命令参数、反馈参 数、伺服增益参数、报警、错误代码等大量有关伺服控 制系统 的信息 ， 数据传输速率高 ， 同时保证数据的严格 同步实时传输。系统的闭环设计和快速响应能力使设 下转第 6 9页