PLC在12軸圓網(wǎng)印花機(jī)上的應(yīng)用

1 前言

圓網(wǎng)印花機(jī)通常由進(jìn)布裝置、印花機(jī)頭、烘燥裝置、落布裝置等四部分組成。目前，圓網(wǎng)印花機(jī)分為八色、十二色、十六色、二十四色等。圓網(wǎng)印花機(jī)的圓網(wǎng)周長主要有640mm和904mm兩種。其中，640mm圓網(wǎng)印花機(jī)居多。圓網(wǎng)印花機(jī)具有操作簡便、勞動強(qiáng)度小、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，適合各種織物的印花，同時(shí)也適合多品種小批量織物的印花。主要裝置介紹如下：

進(jìn)布裝置：有布車進(jìn)布和布卷進(jìn)布兩種。布卷進(jìn)布時(shí)，可將擺動式引布輥壓在布卷上，依靠引布輥轉(zhuǎn)動把布導(dǎo)入印花裝置。進(jìn)布時(shí)被織物隨循環(huán)運(yùn)行的橡膠導(dǎo)帶前進(jìn)而完成印花。此導(dǎo)帶先經(jīng)給膠輥在表面涂一層熱塑性樹脂薄層，可平整地粘貼織物。

圖1 12套色獨(dú)立傳動圓網(wǎng)印花機(jī)

印花裝置：圓網(wǎng)印花裝置包括圓網(wǎng)、刮刀、給漿裝置等，如圖2所示。

圖2 印花裝置

圓網(wǎng)是印花機(jī)的花版，由鎳金屬制造，又稱鎳網(wǎng)，呈六邊形網(wǎng)孔。圓網(wǎng)兩端以悶頭固定，以防印花時(shí)圓網(wǎng)變形，影響對花的準(zhǔn)確性，能承受印花時(shí)色漿和刮刀的壓力。為了提高圓網(wǎng)的彈性，減少承受的壓力，圓網(wǎng)要偏離支撐輥中心線安裝，一般要偏離16mm左右。每一圓網(wǎng)機(jī)座有一示讀裝置，可顯示出各方向上所受的刮刀的壓力。

刮刀安裝在圓網(wǎng)中心線上的刮刀架上。刮刀架既裝有刮刀又裝有給漿管。刮刀系采用鉻、鉬、釩、鋼合金制造，具有摩擦系數(shù)小和可以任意調(diào)節(jié)角度的特點(diǎn)。印花時(shí)，刮刀的刀口和圓網(wǎng)的內(nèi)圓相切，刮刀對色漿以施加壓力為主、刮為輔的復(fù)合動作。

圓網(wǎng)印花機(jī)的刮刀壓力和位置可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)各種花型和各種厚、薄色漿的織物印花。

印花裝置圓網(wǎng)印花機(jī)是自動給漿，每一圓網(wǎng)都配有給漿系統(tǒng)。供應(yīng)色漿時(shí)，將機(jī)臺上塑料管一端套在金屬給漿管上，而機(jī)外另一端軟管插入色漿桶內(nèi)，用泵輸入圓網(wǎng)，由電極自動控制色漿液面的高度。

烘干和擺布裝置：圓網(wǎng)印花機(jī)采用松式熱風(fēng)烘干。印花后即和橡膠導(dǎo)帶分離，導(dǎo)入烘干部分，松式平放在滌綸網(wǎng)上，經(jīng)熱風(fēng)烘干出布。出布由電動擺布軸牽引落入布車內(nèi)。

圓網(wǎng)印花機(jī)具有勞動強(qiáng)度低、生產(chǎn)效率高、對織物適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，適合于化纖織物、針織物、輕薄織物印花;能獲得花型活潑、色澤鮮艷的效果，并可避免傳色的疵病。但是，受圓網(wǎng)結(jié)構(gòu)的限制，印制精細(xì)線條時(shí)效果還不十分理想。本文針對圓網(wǎng)印花機(jī)的12軸控制作詳細(xì)介紹。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

本文中，圓網(wǎng)印花機(jī)是12軸印刷，12軸圓網(wǎng)需要位置同步套色，主機(jī)在加減速過程中，12軸印花棍需要精確同步跟隨。在套色出現(xiàn)偏移時(shí)，需要實(shí)時(shí)調(diào)整軸位置。主要的控制要求如下:

2.1 12軸同步跟隨控制

印花棍需要與橡膠導(dǎo)帶速度同步，橡膠導(dǎo)帶由變頻器帶動主電機(jī)經(jīng)過1/25.5的減速箱控制。跟隨主軸安裝在主電機(jī)后，編碼器的分辨率為1024P/R。將編碼器信號接到AH10PM的X0.8和X0.9端子，AH10PM可以帶6個(gè)軸，所以需要兩個(gè)AH10PM，編碼器信號可以并到兩AH10PM端子上。在AH10PM可以建立主從電子齒輪關(guān)系的運(yùn)動程序。

2.2 網(wǎng)頭單獨(dú)運(yùn)行

印刷結(jié)束后需要清洗導(dǎo)帶和圓網(wǎng)，需要在導(dǎo)帶不運(yùn)行的情況下12個(gè)網(wǎng)頭單獨(dú)運(yùn)行。這個(gè)功能可以通過在AH10PM里建立虛主軸，讓12個(gè)網(wǎng)頭跟隨虛主軸。虛主軸進(jìn)行JOG或者變速運(yùn)動，因12個(gè)軸與虛主軸之間建立了主從關(guān)系，12個(gè)網(wǎng)頭就會跟隨虛主軸運(yùn)動。在正常生產(chǎn)時(shí)，讓虛主軸跟隨主編碼器運(yùn)動，而虛主軸一直與12個(gè)軸保持主從關(guān)系保持在不同情況下都是同步關(guān)系。

2.3 對花糾偏

在印花過程中，會因布的張力大小、導(dǎo)帶與布之間的摩擦力、圓網(wǎng)變形等情況，造成套色偏移。需要通過糾正網(wǎng)頭與導(dǎo)帶之間的相位把花色重新對準(zhǔn)。我們通過虛主軸與12個(gè)軸建立了電子齒輪的關(guān)系，在需要進(jìn)行糾正時(shí)，可以實(shí)時(shí)更改電子齒輪的分子。工藝上糾偏分為快進(jìn)、快退、慢進(jìn)、慢退，只要設(shè)定不同大小的齒輪比就可以實(shí)現(xiàn)。

2.4 觸摸屏、模擬量、I/O點(diǎn)控制

圓網(wǎng)印花機(jī)的各個(gè)裝置如烘箱、水氣閥、擺布變頻器、導(dǎo)帶上下、糾偏快進(jìn)快退慢進(jìn)慢退按鈕都是通過臺達(dá)DVP-ES2與AH500 CPU進(jìn)行PLC-link通訊，再由AH500 CPU與AH10PM進(jìn)行數(shù)據(jù)交往，把外部信號讀進(jìn)來，更改相應(yīng)的變量實(shí)現(xiàn)控制。

3 硬件架構(gòu)

根據(jù)以上系統(tǒng)要求構(gòu)建硬件架構(gòu)，如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 硬件結(jié)構(gòu)圖

圖4 硬件結(jié)構(gòu)圖

圖5 現(xiàn)場硬件圖

需要注意的是實(shí)際現(xiàn)場整個(gè)電柜的干擾問題。AH10PM的高速計(jì)數(shù)器的端子是集電極輸入，AH10PM的前四軸脈沖輸出是差分形式，后兩軸脈沖輸出是集電極輸出，集電極很容易受到外部的干擾，建議主編碼器使用推挽的輸出方式，屏蔽層要單端接地，整個(gè)電柜需要良好的接地，否則很容易造成模塊與模塊間的位置偏差。

4 軟件架構(gòu)

根據(jù)以上系統(tǒng)要求可以構(gòu)建運(yùn)動程序架構(gòu)，如圖6所示。

圖6 運(yùn)動程序架構(gòu)

系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，虛擬主軸跟隨主編碼器運(yùn)行，通過改變主編碼器與虛擬軸之間的齒輪比，可以在觸摸屏里調(diào)整導(dǎo)帶與網(wǎng)頭摩擦系數(shù)。當(dāng)產(chǎn)生套色偏移時(shí)，可以調(diào)整虛擬主軸與從軸之間的齒輪比來調(diào)整導(dǎo)帶與網(wǎng)頭之間的相位。

當(dāng)需要單動網(wǎng)頭時(shí)，可以直接JOG或者變速運(yùn)動虛擬主軸，從軸同樣會跟隨虛擬主軸運(yùn)動。

5 PLC-link與AH500背板數(shù)據(jù)交換

在本案例中，所有的外部I/O點(diǎn)都是接到臺達(dá)DVP-ES2小型PLC里，再由PLC-link傳到AH500 CPU里。PLCLink是透過RS485的聯(lián)機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。臺達(dá)AH500是圖形化規(guī)劃接口，提供PLC Link與Ether Link的主機(jī)數(shù)據(jù)交換，便利快速的功能、簡單的填表與設(shè)定，即可以在免程序撰寫下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)交換通訊功能，針對OEM設(shè)備集中收集信息至FMCS或ERP的應(yīng)用需求，特別有幫助。

AH500 CPU與AH10M模塊之間的數(shù)據(jù)是通背板通訊實(shí)現(xiàn)，通過建立數(shù)據(jù)交換表來定義互相交換寄存器地址。

6 程序編寫

程序主要分為軸初始化、系統(tǒng)正常生產(chǎn)即跟隨主編碼器、網(wǎng)頭單動、網(wǎng)頭對花和糾偏。

1號軸初始化如圖所示，其他軸類似。定義運(yùn)動軸的最高速、最低速和加減速時(shí)間以及脈沖輸出方式等。AH10PM前四軸最高頻率可以達(dá)到1MHz，后兩軸最高頻率是200kHz，為了統(tǒng)一，我們都設(shè)為200kHz。

1號軸初始化程序

虛軸建立不需要進(jìn)行初始化，直接可以用軸號K7～K16來聲明。圖8是主編碼器與虛主軸建立主從關(guān)系。Master軸為0，即高速計(jì)數(shù)器X0.8、X0.9。Slave軸為7，就是虛軸。

圖8 主編碼器與虛主軸建立主從關(guān)系程序

12軸跟隨主編碼器運(yùn)動，建立主從跟隨關(guān)系。如圖9所示為1號軸跟隨，其他軸類似。

1號軸跟隨程序

糾偏功能分為快進(jìn)、快退、慢進(jìn)、慢退，可以通過改變齒輪比實(shí)現(xiàn)，如圖10建立一個(gè)跟隨條件功能塊。

跟隨條件功能塊

計(jì)布長是主編碼器的計(jì)數(shù)長度，這個(gè)長度可以隨時(shí)清零，所以不能直接用虛主軸的脈沖值。但是，可以再建立一個(gè)虛軸用于計(jì)長，并且可以隨時(shí)清零而不影響其他軸的正常運(yùn)行，如圖11。

計(jì)布長程序

程序中8號軸跟隨主編碼器記錄脈沖數(shù)，D200作為計(jì)長，當(dāng)需要清零是只要M44斷開一個(gè)周期后再導(dǎo)通就可以實(shí)現(xiàn)，把D200傳到AH500 CPU里計(jì)算出長度。

7 結(jié)束語

基于臺達(dá)的中型PLC AH500和AH10PM運(yùn)動模塊的解決方案在圓網(wǎng)印花機(jī)上得到了成功應(yīng)用，車速可以達(dá)到100M/min。同時(shí)，如果選用臺達(dá)的伺服驅(qū)動器和臺達(dá)的PLC控制器搭配使用，可以為客戶量身定制更多的解決方案，給客戶提供低成本、高性能、最優(yōu)化的系統(tǒng)解決方案。