夏筱筠,田濱濱,朱 海
(中國科學(xué)院沈陽計算技術(shù)研究所有限公司,遼寧 沈陽 110168)
目前國內(nèi)很多進口的二手膠版商務(wù)印刷設(shè)備雖然機械部分保存相對完好,但電氣控制部分老化嚴重,且很多配件已經(jīng)下市,阻礙了設(shè)備再次利用。
鑒于此種情況,特以德國曼羅蘭UNISET60商務(wù)輪轉(zhuǎn)印刷機為基礎(chǔ),設(shè)計、研發(fā)出一套相對通用的控制系統(tǒng)。并以此系統(tǒng)為參照,可在其他同類設(shè)備上進行推廣。
商務(wù)印刷控制系統(tǒng)的主要功能分為紙張、油墨、機體運行3部分。紙張控制主要包括兩段張力、紙張自動傳紙、自動接紙、紙張位置糾偏控制;油墨控制主要包括墨斗輥速度、墨鍵開度、水擋板開度控制;機體運行控制主要包括機體運行速度、印版套準、烘干箱、冷卻、折頁機控制。以上各種控制系統(tǒng)通過主控制系統(tǒng)的聯(lián)系,形成有機的配合,才能完成印刷工藝要求。
1.機體傳動控制與輔助功能部分
該部分的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
該系統(tǒng)的主控為西門子S7-300系列的PLC,通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò),連接了從紙架到工控機共8個從站。每個從站有單獨的PLC做為從站的控制單元。并通過EM277連接到網(wǎng)絡(luò)上。各個從站均通過主站進行數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。在紙架與印刷部從站,另行匹配了SMARTLINE系列的觸摸屏。進行工藝參數(shù)的設(shè)定和局部狀態(tài)的監(jiān)控。該部分也是最基礎(chǔ)的控制部分。
2.紙架與張力控制部分
輪轉(zhuǎn)式商務(wù)印刷機的紙張輸出為紙卷開卷方式。在印刷的過程中,紙張在設(shè)備中傳動,需要保證紙張的張力平穩(wěn),不能堆紙、斷紙。在紙張經(jīng)過印刷部時,必須與滾筒成切線相交,保證印刷質(zhì)量。
設(shè)備的整體機械布局如圖2所示,其中,RW與ZE部分為紙架和前張力部分。紙架部分主要承擔紙卷的開卷張力控制和紙卷的續(xù)接工作。為了保證印刷的連續(xù)性。需引入紙卷自動接續(xù)紙功能。在自動接續(xù)紙的輪轉(zhuǎn)式印刷機里,主要續(xù)紙方式分為零速接紙和非零速接紙。在該設(shè)備中,硬件采用的是非零速接紙。接紙過程中,需要張力控制的切換。
如圖3所示,在紙張從紙卷輸出到前張力間,保持張力切換的平穩(wěn)是關(guān)鍵。該部分,采用了比例閥對紙張張力浮動輥進行張力設(shè)定,浮動輥的位置根據(jù)紙張的拉力變化而變化。并通過S7-200的PID功能,對紙架皮帶驅(qū)動進行動態(tài)的調(diào)速。進而保證紙張的輸出速度與張力的匹配。
圖3 紙架結(jié)構(gòu)原理圖
前張力部分的結(jié)構(gòu)與紙架部分類似,它的功能是提升紙張的輸出穩(wěn)定性。
3.紙張糾偏部分
該部分通過一套E+L的糾偏系統(tǒng),實現(xiàn)紙張的糾偏控制。保證紙張中心與印刷部的中心盡量的重合。
4.印刷套準部分
該部分的結(jié)構(gòu)為兩臺CCD高速相機、相機位移驅(qū)動器、信號處理器,操作控制單元、套準電機。其中,高速照相機,用于對準套色標志。信號處理器將所采集的四色偏差,經(jīng)過處理后,通過總線方式傳遞給主控制單元,并控制相應(yīng)的套準電機對版輥進行軸向或者周向的移動。其主要的原理如圖4所示。
每個印刷品單元上,都有一個參照標記“R”。當照相
圖4 四色套準示意圖
機根據(jù)四顏色的套準標記與“R”點的距離,計算出軸向與軸向上的印刷偏差值。再通過四色的套印電機,調(diào)整版輥位置,使其套印誤差達到允許范圍內(nèi)。衡量套印系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)為:相機類型、相機分辨率、頻閃燈、套準標記區(qū)域尺寸、相機單元測量范圍、套印標記直徑、套印標記測量精度等。
5.烘干箱部分、冷卻部分該部分主要用于對印刷產(chǎn)品進行快速烘干并通過水冷輥進行冷卻,防止粘連。該部分的控制相對獨立,因此,與主控系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)相對較少。
6.折機與裁切套準部分
該部分的原理與印刷套色系統(tǒng)類似,都是通過檢測元件對相應(yīng)的標記位置進行檢測,并自動控制執(zhí)行機構(gòu)調(diào)整紙張的相對位置,進而實現(xiàn)裁切位置的調(diào)整,是印刷品質(zhì)處理的最后一道工序。
7.油墨控制單元
這部分主要通過墨斗輥將墨槽內(nèi)的油墨輸出到勻墨輥上。并與水輥融合后,將印版的內(nèi)容印到紙上。由于商務(wù)印刷多采用四色印刷方式,油墨的控制至關(guān)重要。該部分在工藝上相對獨立。如圖5所示。其中,顯示部分為LED燈組,每組對應(yīng)一個墨鍵區(qū)域,共22組。其余4組為水輥擋板開度與墨斗輥速度。鍵盤部分對應(yīng)顯示部分。每種顏色均有4塊墨鍵驅(qū)動板,每塊板控制11臺單向電位計反饋的減速電機旋轉(zhuǎn)。
圖5 油墨控制結(jié)構(gòu)圖
在原系統(tǒng)上,由于采用的INTERBUS的總線協(xié)議和封閉的PECOM總線,因此,在使用過程中,一旦總線回路中發(fā)生損壞,整條總線將無法繼續(xù)工作。這與PROFIBUS總線相比,其允錯能力大大降低。
同時,由于原系統(tǒng)的核心產(chǎn)品均為自行研發(fā)生產(chǎn),其開放性與易維護性較低。對日常的生產(chǎn)與維護,造成了極大的不便。
在設(shè)備匹配了新的控制系統(tǒng)后,以上的問題迎刃而解。在保證原設(shè)備性能的基礎(chǔ)上,大大的降低了設(shè)備的使用與維護成本。
通用型商務(wù)輪轉(zhuǎn)印刷機控制系統(tǒng),打破了進口設(shè)備的技術(shù)壟斷,恢復(fù)了設(shè)備生產(chǎn)能力,降低了使用與維護成本。該系統(tǒng)從根本上解決了印刷專用機間相對封閉的技術(shù)難題。對日后的老舊設(shè)備再次利用,起到了指導(dǎo)性作用。