在全自动高速水性印刷开槽模切机上的应用 ——永宏PLC

1、行业介绍

印刷开槽机，又称水性印刷开槽机、纸箱印刷开槽机、水墨印刷开槽机或瓦楞纸板印刷开槽机，是将印刷、开槽、切角、压线、切边五道工序合为一体的综合性纸箱加工设备，是瓦楞纸箱生产中不可或缺的后道加工设备。按照不同的色组，印刷开槽机又单色、双色、三色、四色等多种机型。

近几年来纸箱行业取得了飞速的发展，其中印刷开槽机是后道工序中非常重要的设备；在国内中低档设备价格竟争异常激烈，优良可靠的系统方案和低成本已是众多设备厂商所追求的方向。

纸箱印刷机是能够将所需的文字、图案及其它信息印至纸箱箱体表面的印刷设备，它一般包括装版、涂墨、压印、输纸等工艺流程。纸箱印刷一般有单一印刷、印刷带开槽/模切、印刷开槽/模切、粘箱及联动生产线等。

2、系统设计方案

2.1方案背景

全自动高速水性印刷开槽模切机目前市场上使用的控制系统方案为PLC+HMI或者工控机；其中PLC使用最多的品牌是台达、西门子和欧姆龙；HMI使用最多的品牌是昆仑通态和显控。由于永宏经济型PLC的高速联机功能的特点，使整套机组前后控制几乎无延时，而诸如台达等PLC则明显滞后，导致一些功能还得走线；再加上经济等特点；

纸箱印刷机在工作时先将要印刷的文字和图像制成印版，装在印刷机上，然后由人操作印刷机把墨均匀涂敷于印版上有文字和图像的地方，再直接或间接地转印到瓦楞纸板或纸箱上，从而复制出与印版相同的印刷复制品。

模切机每部分承担不同的工序，其中作为其它部件支撑体的轨道，用于引导其它部件移动并承载其质量；印刷开槽模切机的起始部件是送纸部，它会连续、精确、自动地把送纸台上的原始纸板依次送入印刷、开槽及模切等部分，同时为了有效保证印刷质量，送纸部会将原始纸板表面变得清洁；印刷部中的每个色组对应一种颜色，一般由4或6组相同的设备组成（4色印刷或6色印刷），清洁后的原始纸板通过印刷部时，纸板和印版会相互重合，纸板上将附着印版上的油墨，纸板的印刷即被完成；紧接着印刷完毕的纸板会送入开槽部，进过对纸板进行开槽、打孔、切角、压痕、修边等加工后，印好的纸板已经变成了纸箱箱坯；模切部对印好文字图案的纸箱箱坯进行滚切加工。因此，原始纸板先后经过送纸部、印刷部、开槽部和模切部（可选）后，变成印好文字图案的纸箱，再根据纸箱的具体使用需要，经过后续设备的加工处理，完整的纸箱成品就制作完成了。

2.2结构介绍

印刷开槽模切机一般由以下几个部分组成:

(1）送纸部：电控部分采用PLC、触摸屏和变频器。操作员可在触摸屏设定纸张的长、宽等相关数据，调整前挡板、侧挡板的位置，使得后续的各部定位准确，取得良好的印刷、模切效果。

(2）印刷部：由多个单色印刷部组成，均采用PLC与触摸屏控制。彩色原稿经过电子分色制版成反面图像，然后通过印刷机进行印刷，将水墨从印刷机网纹辊上转移到印刷版上，再将水墨从印刷版上转移到瓦楞纸板上。通过套色、叠色得到正面的图像，实现原稿样箱的复制。在触摸屏上可以调整印刷位置，印压滚筒的深度等。

(3）开槽部：对印刷好的纸板进行压线开槽的工序。各刀具的位置通过触控画面可调。

(4）模切部：模切的相位可通过触摸屏调整设定，由PLC程序控制，配合高速脉冲计数，取得精准的开模效果。

3、解决方案

3.1硬件配置

全自动高速水性印刷开槽模切机的系统硬件由永宏1台FBs-40MCPLC作为主控制器、4台FBs-MA系列PLC作从机控制印刷部、模切部，再有一台FBs-MA系列PLC作为从机来控制开槽部，整套系统再使用永宏最新的C3系列HMI触摸屏实现参数的修改以及数据的实时显示，通过变频器控制电机进行相位调整，再有一些外部设备（包括按钮、指示灯和蜂鸣器等）组成。

全自动高速水性印刷开槽模切机系统硬件清单如表。

3.2主要控制部件图

3.3I/O图（部分）

3.3设备作业图

4、系统软件设计

4.1设备操作流程图

4.2工艺流程

设备工艺流程：此设备首先将已经成型的瓦楞纸板（三层、五层、七层）放置到送纸台，然后通过前缘送纸系统将纸板逐张送入机器，然后将需要的文字、图案等进行套色印刷，然后通过开槽部进行箱体的初期开槽，然后再经过模切部进行纸板的二次定型俢边；

4.3应用指令说明

4.3.1高速计数功能

主机和开槽部PLC具备4个100kHz的硬件高速计数器（HHSC）和4个频率总和为5kHz的软件高速计数器（SHSC），无需另加高速计数模块即可满足系统需求。软件高速计数器支持U/D,P/R,A/B三种计数模式，硬件高速计数器更是支持U/D＊2，P/R＊2,A/B＊2，A/B＊3,A/B＊4，共计8种计数模式。

4.3.2永宏PLC间高速link通讯

永宏PLC通过通讯口port2，可实现主机之间的高速CPUlink。高速联机时，最高BaudRate为921.6Kbps，最低为38.4Kbps（可调）；DataBit固定为8-bit；数据以原始码（也就是数据本身的二进制码）传输（比ASCIICode快一倍）；错误检验方法采用比hecksum方式稳定可靠的CRC-16。高速联机的数据传输理念是以COMMONDATAMEMORY观念来设计，每站最多支配32word长度的资料区域。例如主站将R0～R9的内容送出，则所有从站PLC的R0～R9的内容都会与主站相同；2号从PLC将R10～R19中内容送出，则主站及其它从PLC的R10～R19的内容都会与2号站相同，依次类推。只需要在主站调用FUN151指令，并添加通讯命令，如下图所示，即可方便完成通讯功能。而不需要在每一站分别写通讯命令，轮流占用信号传输通道，因此这种方式有着显著的优越性;

4.3.3永宏PLC与变频器Modbus通讯

FUN150（M-BUS）指令提供永宏PLC(主站)通过Port1、2、3或4以ModBus通讯协议与具有该通讯协议的智能型外围(仆站)联机。一个通讯端口可经由RS-485接口最多与247台仆站联机互享数据。被FUN150指定使用的通讯端口就是该ModBus网络的主站。利用程序书写方式或填表格方式来规划数据流控制；即要从哪一台仆站读取何种数据存放到主站(PLC)，或从主站(PLC)要写何种数据至仆站，仅需利用七个缓存器来定义，每七个缓存器定义一次传输交易。从而实现与变频器的通讯控制。

5、项目难点&解决方法

Ø5.1自动变频器相位调整难点

对于纸箱印刷机设备，简单易用的相位调节非常重要，客户要求既要准确显示当前相位数值，又要对相位实现简单快速的调整，而且要保证每次正反相位调整时尽量小的出现机械误差，同时要求印刷辊运行平稳；

此难点解决方案：

首先为了可以直观明白的显示当前值，同时简单的对设备进行调整控制，我们使用C3触摸屏做显示端来进行完整的数据显示控制调整；然后为了解决机械误差问题，我们在程序中做了一个可以判断相位正反切换的程序段，然后在每次正反转切换时都会执行此段程序然后进行机械间隙补偿；对于运行平稳要求，加入了一段调整中的多段速调节，实现设备的平稳运行；

Ø5.2开槽部全自动排刀难点

对于纸箱印刷机开槽部，以前都是通过简单的手动点击来对设备进行操作控制，效率低，而且显示不直观，客户想要做到自动排刀，自动进行刀位的控制，并实时对当前位置进行显示，而且可以快速操作

此难点解决方案：

针对此难点，首先要求客户首先提高减速机的减速比，来提高设备整体的运行平稳性，然后要求使用永宏PLC的高速计数器，来进行刀位、刀宽的精准控制，在此永宏PLC的丰富的高速计数口得到了充分体现；然后结合纸箱成型原理，进行程序段的编写优化，最大化的提高设备的智能化

Ø5.3前后数据的实时交换以及控制的衔接难点

由于设备的操作点相当繁琐，因此主控制面板的功能就相当重要，客户要求，在主机部分可以实时快速显示后面各部数据，并且可以做到订单存储，而且要求在前段和最末端要对中间各部进行快速响应控制

此难点解决方案：

对于此难点我们就最大限度的发挥永宏PLC的高速联机功能优势，使用此功能我们将各个点位进行映射控制，然后再将需要的数据进行实时传输，然后对于客户要求的订单部分，我们通过触摸屏做订单处理，然后再对数据进行二次交换，然后来实现客户的要求；

6、开槽刀、控制系统对设备的影响

纸箱印刷开槽机、成型机以及各种印刷模切开槽等多功能联合机.具有优质高教、结构紧凑等特点，被纸箱包装企业普遍选用。开槽刀是其中必需的刀具，它的使用寿命直接影响纸箱开槽质量和制造成本，是同类企业质量管理和成本管理工作中需要改进的难题之一。

在当今以质量价格为核心的市场激烈竞争中，这个问题越来越多地被有关企业领导所关注，促使企业挖潜革新、节支增效，走内涵型发展的道路。

而控制系统，由于市面上现在好多产品都是周岁试的产品，导致客户买到机器后后期控制系统出问题解决相当麻烦，而一款可靠的产品对于设备至关重要，而西门子等高端产品价格又相当昂贵，因此一款合适的定位PLC很重要，永宏PLC则恰恰再这方面有得天独厚的优势；

7、结论（实施结果）

通过现场调试，全自动排刀印刷开槽机自动排刀系统运行稳定，控制界面操作简便，机组之间通讯快速，操作低延时，大大提高了设备的稳定性和可靠性。从而高性价比的永宏PLC在全自动排刀印刷开槽机上得到了很好的应用。

自动排刀系统比手动排刀效率要高出60%以上。大大降低了调整时间；而且明白的位置显示为使用者带来更直观的体验；使用全自动排刀开槽机替代手动排刀，可以减少人工，节约人工成本。生产产量高，将时间用在生产上不至于浪费在一次次的排刀上、以及一次次的相位调整上；这样就大大提高了设备的产品产量，给客户带来更大的经济效益；操作界面简单易学，对于设备使用初学者使用特别简单，同时高速联机，使设备响应高速，大大提高了使用者的使用体验；

客户对于此套自动控制系统表示非常满意，无论是从后期现场拆机再次布线，还是设备使用，以及对于生产效率的提高都表示达到行业领先