[全自动标签印刷机的控制系统]印刷机电路控制系统
时间：2020-03-26 07:42:29 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】不干胶标签印刷是印刷机械制造业中开发和研究的热点，本文设计并实现了全自动标签印刷机控制系统，并简述了其调试方法及优势。 【关键词】标签印刷 定长 追踪色标 变频器 伺服电机
0引言
我国国民经济的迅速增长与人民生活的不断提高，促进了印刷业的快速发展，同时也带动了印刷机械产业的快速增长。不干胶标签印刷是一种特殊印刷行业，以投资少、人员少、占地范围小、操作灵活性强而受到用户的青睐。本文介绍一种新型全自动标签印刷机的电气控制系统，以增加产品功能，提升产品档次。
1系统的组成和基本功能
印刷机控制系统要求一分钟之内可以印刷350mm长的商标200个（即0.3秒内要伺服电机定位350mm），且精度要求在5丝之内。这样的高速而且高精确定位要求对选用的产品是一种极大的挑战和考验。经过广泛的市场调查，结合工艺要求，兼顾整个系统的成本控制，进行了实物实验，并进行了方案论证，最终采用了性价比较高的日本富士电机公司的UG20系列触摸屏POD、SPB系列可编程控制器PLC、G11变频器等产品组成了整个项目的电气控制系统。主要通过操作触摸屏，由可编程控制器PLC发送很高频率的脉冲指令控制变频器、伺服电机快速反应、达到高精度定位。系统控制框图如图1所示，整个系统的机械布局如图2所示。
2系统设计原理
整个控制系统分为定长印刷控制和追踪色标印刷控制两个部分，定长印刷控制是指每次印刷的长度是固定的，追踪色标印刷控制是指将前一次印刷过的商标再次印刷，套印上其他颜色的图案。
图2系统机械布局图
2.1定长印刷控制
定长印刷控制时，用户在触摸屏上输入印刷长度、选择印刷速度并且设置印刷数量，然后由PLC将用户设置的数据进行一定的运算处理后，控制伺服电机进行高速定长定位。由于运行速度要求较高，用户设计的滚筒很重，转动惯量很大，并且要求停车要平稳。为此利用富士PLC中的一些特殊指令，配合一些特殊运算公式，做到PLC指令脉冲的S型加减速，达到平滑停车的效果，大大减少了大直径滚筒对伺服电机的冲击而产生的位置偏差。
在实现平稳停车效果的编程调试中，富士的高级脉冲输出指令PLS1有充分的优势。首先它的加减速时间短，只有6ms；其次可以在发脉冲时不断变换脉冲频率，可以做到分级减速，使得电机能平滑减速，减少了大惯量的滚筒对机械的冲击，实现了高节拍运行与平稳停车的目标。
2.2追踪色标印刷控制
印刷中要根据纸张上已经印好的某一种颜色的色标来定位，实现多种颜色的精确套色。用户在触摸屏上输入印刷长度、追踪色标长度，选择印刷速度和追踪色标的速度。伺服电机首先高速运行一段距离，然后以较低的速度运行，同时在追踪色标长度范围内寻找色标，一旦找到色标立即停车。仍然利用了富士PLC的一些特有指令，做到高速快进，低速追色，既有快速性，又保证了正确性。
由于追踪色标印刷控制定位模式与定长印刷控制相同，都用到了S型加减速，在追踪色标的过程中能很好的追踪色标刹车，追踪色标精度可以控制在10丝以内。
调试
由于SPB系列PLC具有发送两路高达100KHz（千赫兹）脉冲的能力，可以很轻松地同时控制两台交流伺服电机实现高速运行和高精度的定位，保证了标签印刷的高速与高精度要求。
通过分别调整位置环增益、速度环增益、速度环积分时间常数、速度前馈等参数，最终调整得到了较为满意的伺服电机的速度响应曲线，足以满足标签印刷的工艺要求。定长印刷控制中电机的实测转速曲线如图3所示。
图3 定长印刷控制中电机的实测转速曲线
结语
全自动标签印刷机电气控制系统的设计包括硬件、软件设计和调试，电气控制系统开发成功后，标签印刷和追踪色标效果理想，性能不逊于进口设备，使得国产设备的性能明显提升了一个台阶。而且由于采用了富士触摸屏、PLC 产品，使得操作界面友善、维护便利、价格低廉，使得设备获得了市场的一致认可，目前已经进入批量生产阶段，为用户创造了良好的经济效益。
【参考文献】
[1] 日本富士电机（亚洲）有限公司.富士UG系列触摸屏POD用户手册《应用篇》.
[2] 日本富士电机株式会社.富士可编程控制器SPB用户手册《指令篇》.
[3] 王锦标.计算机控制系统.北京:清华大学出版社,2004.
[4] 刘志刚.电力电子学.北京:清华大学出版社,2004.
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