電子凸輪控制系統(tǒng)在圓網(wǎng)數(shù)碼無(wú)縫壁布機(jī)中的應(yīng)用

蔡熙　楚建安

【摘 要】將傳統(tǒng)圓網(wǎng)印花與新興數(shù)碼印花相結(jié)合，提出了一種新的聯(lián)合印花模式在無(wú)縫壁布中的應(yīng)用。設(shè)計(jì)了圓網(wǎng)數(shù)碼無(wú)縫壁布機(jī)的主控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了貼布導(dǎo)帶與圓網(wǎng)及數(shù)碼打印小車(chē)的同步控制。重點(diǎn)介紹了電子凸輪在以三菱高速PLC為主的控制平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)方法，利用電子凸輪技術(shù)替代了傳統(tǒng)機(jī)械凸輪，解決了傳統(tǒng)機(jī)械凸輪壓強(qiáng)大，易磨損，凸輪輪廓加工困難等問(wèn)題，極大的減少了壁布機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

【關(guān)鍵詞】電子凸輪;可編程運(yùn)動(dòng)控制器;簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)模塊;無(wú)縫壁布機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)： U653.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）01-0154-002

0 引言

近年來(lái)隨著數(shù)碼印花在國(guó)內(nèi)印花行業(yè)內(nèi)的興起，越來(lái)越多的印花設(shè)備廠(chǎng)推出了自主研發(fā)生產(chǎn)的數(shù)碼印花設(shè)備。將傳統(tǒng)網(wǎng)印技術(shù)與數(shù)碼印花技術(shù)聯(lián)合起來(lái)，可以很好的避免兩種技術(shù)的缺點(diǎn)，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢(shì)。這樣的聯(lián)合印刷方案設(shè)計(jì)在保障印刷產(chǎn)品質(zhì)量與精度的情況下可以很好地減少印花設(shè)備購(gòu)置成本及生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)成本。

1 圓網(wǎng)數(shù)碼無(wú)縫壁布機(jī)

這里介紹的這臺(tái)圓網(wǎng)數(shù)碼無(wú)縫壁布機(jī)的數(shù)碼印花模式是以動(dòng)態(tài)同步掃描方式來(lái)完成的，數(shù)碼印花與圓網(wǎng)印花在方向上是正交的，在花回上是同步的。這樣兩個(gè)速度合成一個(gè)矢量軌跡走向就是數(shù)碼印刷實(shí)際在壁布上的印刷方向。

圓網(wǎng)數(shù)碼無(wú)縫壁布機(jī)中的數(shù)碼小車(chē)具有典型的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)軌跡，利用一種基于三菱PLC簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)模塊的電子凸輪技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼打印小車(chē)與壁布走料的同步運(yùn)動(dòng)控制。相較于傳統(tǒng)的機(jī)械凸輪，通過(guò)電子凸輪輸出的從動(dòng)軸在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中精度高，穩(wěn)定性好。在壁布生產(chǎn)過(guò)程中若工況發(fā)生改變，數(shù)碼印刷與圓網(wǎng)印刷間套印糾偏等情況下，電子凸輪能快速響應(yīng)系統(tǒng)需要，手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整電子凸輪數(shù)據(jù)，而無(wú)需重新制作新凸輪，機(jī)構(gòu)的輸出柔性好。

2 基于PLC的電子凸輪系統(tǒng)

整臺(tái)圓網(wǎng)數(shù)碼無(wú)縫壁布機(jī)的主控系統(tǒng)采用以PLC為主的控制平臺(tái)，主控系統(tǒng)主要由三菱PLC（Q02HCPU）、三菱簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)模塊（QD77MS）、遠(yuǎn)程I/O/AD/DA模塊、色標(biāo)傳感器、光電編碼器、伺服電機(jī)、直線(xiàn)電機(jī)、儀表（溫度、壓力）、傳感器、交換機(jī)等組成，如圖一所示。

主控系統(tǒng)中導(dǎo)帶伺服電機(jī)為主令電機(jī)，在主令電機(jī)上的光電編碼器輸出的編碼脈沖為走料脈沖，走料脈沖傳回到PLC中作為后續(xù)圓網(wǎng)同步印刷與數(shù)碼同步印刷的主軸主輸入信號(hào)。色標(biāo)傳感器檢測(cè)到色標(biāo)間隔信號(hào)，在PLC中高速中斷處理得出誤差量，再經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)模塊的誤差算法處理得到位置補(bǔ)償脈沖作為直線(xiàn)電機(jī)的主軸副輸入信號(hào)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖二所示。在簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)模塊中，走料脈沖與位置補(bǔ)償脈沖通過(guò)主軸電子齒輪合成主輸入軸脈沖信號(hào)為電子凸輪系統(tǒng)提供輸入軸參數(shù)，輸入軸輸入的主軸脈沖先由簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)模塊轉(zhuǎn)化為凸輪軸1周期當(dāng)前值，再經(jīng)過(guò)電子凸輪形成比數(shù)據(jù)計(jì)算出從軸脈沖輸出到伺服放大器中驅(qū)動(dòng)直線(xiàn)電機(jī)做往復(fù)掃描運(yùn)動(dòng)。

3 電子凸輪的設(shè)計(jì)

在PLC中，將使用凸輪進(jìn)行機(jī)械同步控制的機(jī)構(gòu)用軟件替換進(jìn)行相同的控制，稱(chēng)為電子凸輪同步控制。在同步控制中，通過(guò)設(shè)置同步控制用參數(shù)，對(duì)各輸出軸啟動(dòng)同步控制，對(duì)輸入軸（伺服輸入軸、同步編碼器軸）進(jìn)行同步控制。

將壁布走料脈沖設(shè)為主軸輸入，對(duì)主軸的坐標(biāo)可以設(shè)定最大花回長(zhǎng)度為輸入軸周期，以循環(huán)凸輪運(yùn)動(dòng)。將凸輪軸 1 周期當(dāng)前值作為輸入值，通過(guò)根據(jù)設(shè)置的凸輪數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的值（進(jìn)給當(dāng)前值）對(duì)輸出軸進(jìn)行控制。

凸輪數(shù)據(jù)有行程比數(shù)據(jù)格式與坐標(biāo)數(shù)據(jù)格式兩種，這里以行程比數(shù)據(jù)格式為例說(shuō)明電子凸輪的設(shè)計(jì)過(guò)程。使用三菱PLC編程軟件GX Works2直接將電子凸輪數(shù)據(jù)設(shè)置到簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)模塊中（凸輪保存區(qū)），電子凸輪數(shù)據(jù)包括凸輪編號(hào)，數(shù)據(jù)格式，坐標(biāo)數(shù)，凸輪數(shù)據(jù)開(kāi)始位置及坐標(biāo)數(shù)據(jù)。行程比數(shù)據(jù)格式的凸輪數(shù)據(jù)被定義為將 1 周期的凸輪曲線(xiàn)以凸輪分辨率的點(diǎn)數(shù)進(jìn)行等分割，由凸輪分辨率的點(diǎn)數(shù)的行程比數(shù)據(jù)所構(gòu)成，如圖三所示。

凸輪軸 1 周期當(dāng)前值位于定義的凸輪數(shù)據(jù)的中間的情況下，通過(guò)前后的凸輪數(shù)據(jù)計(jì)算中間值。電子凸輪控制系統(tǒng)要同步數(shù)碼與圓網(wǎng)間的同步套印運(yùn)動(dòng)首先要分析出數(shù)碼打印小車(chē)作為從軸運(yùn)動(dòng)與壁布走料主軸運(yùn)動(dòng)間的關(guān)系。通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析得出運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)如表1所示。

圓網(wǎng)數(shù)碼無(wú)縫壁布機(jī)的數(shù)碼印花在一個(gè)凸輪周期中來(lái)回2Pass印刷，印刷過(guò)程中打印小車(chē)要與走料導(dǎo)帶保持耦合關(guān)系，故在電子凸輪同步區(qū)間15°～165°、 195°～345°打印小車(chē)為同步勻速運(yùn)動(dòng)，其他的時(shí)間段里為加減速區(qū)間。下面是電子凸輪曲線(xiàn)行程比數(shù)據(jù)的生成過(guò)程，如圖四所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

在傳統(tǒng)的網(wǎng)印機(jī)器上加入數(shù)碼打印小車(chē)的聯(lián)合印刷方案，在現(xiàn)階段的新老技術(shù)交替階段給了市場(chǎng)多一個(gè)選擇，同時(shí)相較于兩種單獨(dú)的印花方式聯(lián)合印刷方案有著低成本、高效率、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。通過(guò)簡(jiǎn)單的控制用參數(shù)設(shè)定，調(diào)用不同的電子凸輪數(shù)據(jù)，結(jié)合基于PLC的主控系統(tǒng)的同步運(yùn)動(dòng)控制，可以快速實(shí)現(xiàn)壁布幅寬及印花速度在一定范圍內(nèi)的任意調(diào)節(jié)。極大的顯示出了電子凸輪相較于傳統(tǒng)機(jī)械凸輪的方便轉(zhuǎn)換的特性，這也恰好適應(yīng)了現(xiàn)在市場(chǎng)上小批量定制化生產(chǎn)的需求。

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