二手輪轉(zhuǎn)式印刷機控制系統(tǒng)的改造

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)

一、現(xiàn)狀及研究意義

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。

二、系統(tǒng)的主要功能與特點

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。

三、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計

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)。

四、設(shè)備印刷產(chǎn)能分析

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。

五、結(jié)語

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。