歐姆龍運(yùn)動控制器在多軸套色印刷機(jī)中的應(yīng)用

1 引 言

　　隨著印刷技術(shù)的不斷發(fā)展的今天，印刷機(jī)的控制技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，越來越向數(shù)字化、智能化發(fā)展，生產(chǎn)的高效率和產(chǎn)品的高質(zhì)量要求使得一些高精度電氣系統(tǒng)和高性能自動控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，而自動控制系統(tǒng)的使用，使復(fù)雜的印刷工藝變得簡單精確，并且越來越多的機(jī)械部分也由電氣系統(tǒng)所取代，下面將介紹一下OMRON運(yùn)動控制系統(tǒng)在多軸套色印刷機(jī)上的應(yīng)用。

2 系統(tǒng)工藝要求

　　這套設(shè)備是垃圾紙帶成形機(jī),成形過程中需要在垃圾紙帶上進(jìn)行套色、涂膠、打孔、切斷,原有系統(tǒng)是通過一個主電機(jī)帶動其他印刷、涂膠、打孔、切斷等單元進(jìn)行動作,通過一組主傳動凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行剛性連接,由于機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)的存在,不僅給設(shè)計(jì)、開發(fā)、維護(hù)造成困難,而且?guī)砹酥T如體積大,造價(jià)高等一些列問題。

　　現(xiàn)在客戶希望通過電氣化無軸傳動控制系統(tǒng)取代原有的傳動齒輪、軸傳動，從而使機(jī)器的制造、安裝、保養(yǎng)更簡單，減少了機(jī)械故障。由于使用了無軸傳動技術(shù)，各個單元由伺服電機(jī)獨(dú)立控制驅(qū)動，主軸與套色涂膠、打孔、切斷等單元之間的同步由歐姆龍高級運(yùn)動單元CJ1W-MCH71進(jìn)行控制，操作、開發(fā)、使用非常簡單，而且暫時(shí)不用的單元也可方便地離合。

　　采用無軸無齒輪傳動技術(shù)，每個單元都獨(dú)立控制，運(yùn)用最新的伺服電機(jī)和運(yùn)動控制系統(tǒng)，能充分保證套色、涂膠、打孔、切斷與主軸同步運(yùn)轉(zhuǎn)要求。

　　整個系統(tǒng)分印刷前系統(tǒng)和印刷后系統(tǒng),其中印刷前系統(tǒng)包括2次印刷套色，涂膠;印刷后系統(tǒng)包括打孔，成形、切斷。每個單元具體工藝如附表所示：

附表 單元工藝

　　套色印刷位置精度為±0.5mm，速度35m/min，印刷紙張寬度可以調(diào)節(jié)。系統(tǒng)工藝原理如圖1所示：

3 系統(tǒng)方案

　　l 傳送輪：傳送輪是整套設(shè)備的主軸[J01]，按照一定的線速度運(yùn)動，其他軸與主軸同步。

　　l 第1、2次印刷：兩個印刷軸[J02],[J03]與主軸[J01]按照一定轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行同步運(yùn)動，由于每次套色印刷都要進(jìn)行色標(biāo)跟蹤，所以需要通過檢測標(biāo)記來對每一次凸輪運(yùn)動進(jìn)行修正。

　　l 涂膠： 涂膠軸[J04]完成內(nèi)側(cè)薄模與外層粘合，因此只要進(jìn)行簡單的與主軸進(jìn)行一定比例的同步控制即可。

　　l 打孔、切斷：這2軸 [05],[J06]必須與主軸按照一定轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行同步運(yùn)動，當(dāng)進(jìn)行涂膠、打孔、切斷時(shí)，3軸與主軸凸輪同步，當(dāng)沒有進(jìn)行這三個操作時(shí)，速度可以調(diào)節(jié)，這樣的話需要使用電子凸輪，并且可以在線改變凸輪角度。

　　完成一次印刷的時(shí)序圖如圖2所示：

4 系統(tǒng)配置

　　控制方案可以采用基于CJ1系列的CJ1W-MCH71控制器，通過ML2高速通訊總線來實(shí)現(xiàn)多達(dá)30個實(shí)軸的同步控制，驅(qū)動器采用R88D-WN××-ML2系列內(nèi)置ML2通訊口的伺服驅(qū)動器，觸摸屏采用NS-10系列的觸摸屏，通過SAP內(nèi)置控件完成畫面編輯與控制。系統(tǒng)配置圖如圖3所示：

5 部分程序說明

　　5.1傳送輪（主軸[J01]）

　　傳送輪以恒定的線速度進(jìn)行運(yùn)動，可以通過SPEED即速度控制指令來完成，程序如下：

　　SPEED[J01]#IW0B01 T2000;

　　…….

　　SPEEDR[J01] T2000;

　　傳送輪以一定的速度命令運(yùn)動，加速時(shí)間為2000ms，其中速度可以通過變量IW0B01進(jìn)行給定;傳動輪在減速時(shí)間為2000ms停止運(yùn)動。

　　5.2第1、2次印刷（從軸[J02]、[J03]）

　　由于需要色標(biāo)跟蹤，所以需要通過色標(biāo)進(jìn)行修正，在從軸與主軸進(jìn)行同步運(yùn)動時(shí)，需要疊加修正的偏差量，如果機(jī)械部分調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)的話，那么修正值就越小，要完成修正控制，就要使用虛軸。虛軸是計(jì)算機(jī)內(nèi)部假想軸，運(yùn)動狀態(tài)和實(shí)軸一樣，可以讀取虛軸當(dāng)前位移量，由于沒有真實(shí)的位置反饋回路，因此實(shí)際反饋與目標(biāo)位置相同，沒有誤差，將實(shí)軸與虛軸進(jìn)行數(shù)學(xué)相加后可以得到合成以后的實(shí)軸運(yùn)動。實(shí)軸與虛軸速對軌跡疊加后的合成軌跡如圖4所示：

　　伺服驅(qū)動器CN1接口中有三個可供分配的外圍輸入端子可以作為鎖定編碼器計(jì)數(shù)值的功能，延遲時(shí)間僅為3μs，但是對驅(qū)動器來說，同一時(shí)刻只有一個輸入有效，最大需要在80ms以后，進(jìn)行下一個鎖定輸入，需要進(jìn)行時(shí)間的調(diào)整。另外在每個周期必須將當(dāng)前讀取位置值進(jìn)行運(yùn)算后清零，才能保證下一次與目標(biāo)設(shè)定值進(jìn)行正確的比較計(jì)算，得出偏差值。以第1印刷輪[J02]為例，將標(biāo)記目標(biāo)設(shè)定值存放在變量#ML0004中，用ADDAX指令，進(jìn)行實(shí)軸與虛軸[J32]的疊加操作，用LATCH指令鎖定當(dāng)前位置信息存放在變量#ML000中，程序如下：

　　ADDAX [J02][J32];

　　…

　　CONNECT [J02]1[J01]1;

　　…

　　IF #IB0B000==1;

　　LATCH [J01]#ML0000;

　　WAIT #SW022A==2;

　　WAIT #SW022A==4;

　　#ML0002=#ML0000-#ML0004;

　　INC MOVE [32]#ML0002;

　　…

　　ENDIF;

　　…

　　[J02]將虛軸[J32]位置疊加到[J02]，然后以1:1的比率與主軸同步，當(dāng)位變量#IB0B000位ON后，將當(dāng)前位置信息鎖定存放在變量#ML0000中，等待[J01]的正在執(zhí)行的鎖定信號直到鎖定操作結(jié)束，將當(dāng)前位置信息與目標(biāo)設(shè)定值進(jìn)行比較，偏差量存放到變量#ML0002中，然后虛軸[J32]執(zhí)行相對移動，位移量為變量#ML0002中偏差值。第1、2印刷輪的運(yùn)動效果圖如圖5所示：

　　5.3打孔（從軸[J05]）

　　打孔在進(jìn)行操作時(shí)，始終保持正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)），要與主軸保持同步控制，由于在進(jìn)行打孔和切斷時(shí)，電機(jī)總是在一定角度范圍內(nèi)進(jìn)行工作，所以采用電子凸輪方式，預(yù)先制作CAM表，如果打孔或者切斷與實(shí)際值有偏離的話，可以根據(jù)偏離值的正負(fù)調(diào)用不同的CAM表進(jìn)行修正，同理，可以用虛軸疊加實(shí)軸的方式完成修正，以打孔[J05]為例，變量還是采用2）中的3個變量，其中#ML0012中的同步鏈接的位移可以根據(jù)產(chǎn)品長度改變，CAM1,CAM2分別存放針對不同位移量而制作的凸輪控制表，程序如下：

　　CONNECT [J05]1[J01]1;

　　ADDAX [J05][J32];

　　IF #ML0002>0;

　　CAMBOX [J32]1 [J01]#ML0012 K100. ;

　　ELSE;

　　IF #ML0002<0;

　　CAMBOX [J32]2 [J01]#ML0012 K100. ;

　　ENDIF;

　　ENDIF;

6 結(jié)束語

　　采用歐姆龍的運(yùn)動控制MCH71進(jìn)行多軸同步套色印刷的控制，其生產(chǎn)能力和印品加工質(zhì)量腳原有機(jī)械系統(tǒng)相比有較大提高，同時(shí)系統(tǒng)配置的靈活性增加，便欲擴(kuò)展，同時(shí)可以印刷設(shè)備延伸到包裝生產(chǎn)線（MCH最大控制軸數(shù)30軸），真正實(shí)現(xiàn)包裝印刷一體化。