PLC在12軸圓網(wǎng)印花機上的應(yīng)用

1 前言

圓網(wǎng)印花機通常由進布裝置、印花機頭、烘燥裝置、落布裝置等四部分組成。目前，圓網(wǎng)印花機分為八色、十二色、十六色、二十四色等。圓網(wǎng)印花機的圓網(wǎng)周長主要有640mm和904mm兩種。其中，640mm圓網(wǎng)印花機居多。圓網(wǎng)印花機具有操作簡便、勞動強度小、產(chǎn)量高等特點，適合各種織物的印花，同時也適合多品種小批量織物的印花。主要裝置介紹如下：

進布裝置：有布車進布和布卷進布兩種。布卷進布時，可將擺動式引布輥壓在布卷上，依靠引布輥轉(zhuǎn)動把布導(dǎo)入印花裝置。進布時被織物隨循環(huán)運行的橡膠導(dǎo)帶前進而完成印花。此導(dǎo)帶先經(jīng)給膠輥在表面涂一層熱塑性樹脂薄層，可平整地粘貼織物。

圖1 12套色獨立傳動圓網(wǎng)印花機

印花裝置：圓網(wǎng)印花裝置包括圓網(wǎng)、刮刀、給漿裝置等，如圖2所示。

圖2 印花裝置

圓網(wǎng)是印花機的花版，由鎳金屬制造，又稱鎳網(wǎng)，呈六邊形網(wǎng)孔。圓網(wǎng)兩端以悶頭固定，以防印花時圓網(wǎng)變形，影響對花的準確性，能承受印花時色漿和刮刀的壓力。為了提高圓網(wǎng)的彈性，減少承受的壓力，圓網(wǎng)要偏離支撐輥中心線安裝，一般要偏離16mm左右。每一圓網(wǎng)機座有一示讀裝置，可顯示出各方向上所受的刮刀的壓力。

刮刀安裝在圓網(wǎng)中心線上的刮刀架上。刮刀架既裝有刮刀又裝有給漿管。刮刀系采用鉻、鉬、釩、鋼合金制造，具有摩擦系數(shù)小和可以任意調(diào)節(jié)角度的特點。印花時，刮刀的刀口和圓網(wǎng)的內(nèi)圓相切，刮刀對色漿以施加壓力為主、刮為輔的復(fù)合動作。

圓網(wǎng)印花機的刮刀壓力和位置可以調(diào)節(jié)，以適應(yīng)各種花型和各種厚、薄色漿的織物印花。

印花裝置圓網(wǎng)印花機是自動給漿，每一圓網(wǎng)都配有給漿系統(tǒng)。供應(yīng)色漿時，將機臺上塑料管一端套在金屬給漿管上，而機外另一端軟管插入色漿桶內(nèi)，用泵輸入圓網(wǎng)，由電極自動控制色漿液面的高度。

烘干和擺布裝置：圓網(wǎng)印花機采用松式熱風(fēng)烘干。印花后即和橡膠導(dǎo)帶分離，導(dǎo)入烘干部分，松式平放在滌綸網(wǎng)上，經(jīng)熱風(fēng)烘干出布。出布由電動擺布軸牽引落入布車內(nèi)。

圓網(wǎng)印花機具有勞動強度低、生產(chǎn)效率高、對織物適應(yīng)性強的優(yōu)點，適合于化纖織物、針織物、輕薄織物印花;能獲得花型活潑、色澤鮮艷的效果，并可避免傳色的疵病。但是，受圓網(wǎng)結(jié)構(gòu)的限制，印制精細線條時效果還不十分理想。本文針對圓網(wǎng)印花機的12軸控制作詳細介紹。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計原理

本文中，圓網(wǎng)印花機是12軸印刷，12軸圓網(wǎng)需要位置同步套色，主機在加減速過程中，12軸印花棍需要精確同步跟隨。在套色出現(xiàn)偏移時，需要實時調(diào)整軸位置。主要的控制要求如下:

2.1 12軸同步跟隨控制

印花棍需要與橡膠導(dǎo)帶速度同步，橡膠導(dǎo)帶由變頻器帶動主電機經(jīng)過1/25.5的減速箱控制。跟隨主軸安裝在主電機后，編碼器的分辨率為1024P/R。將編碼器信號接到AH10PM的X0.8和X0.9端子，AH10PM可以帶6個軸，所以需要兩個AH10PM，編碼器信號可以并到兩AH10PM端子上。在AH10PM可以建立主從電子齒輪關(guān)系的運動程序。

2.2 網(wǎng)頭單獨運行

印刷結(jié)束后需要清洗導(dǎo)帶和圓網(wǎng)，需要在導(dǎo)帶不運行的情況下12個網(wǎng)頭單獨運行。這個功能可以通過在AH10PM里建立虛主軸，讓12個網(wǎng)頭跟隨虛主軸。虛主軸進行JOG或者變速運動，因12個軸與虛主軸之間建立了主從關(guān)系，12個網(wǎng)頭就會跟隨虛主軸運動。在正常生產(chǎn)時，讓虛主軸跟隨主編碼器運動，而虛主軸一直與12個軸保持主從關(guān)系保持在不同情況下都是同步關(guān)系。

2.3 對花糾偏

在印花過程中，會因布的張力大小、導(dǎo)帶與布之間的摩擦力、圓網(wǎng)變形等情況，造成套色偏移。需要通過糾正網(wǎng)頭與導(dǎo)帶之間的相位把花色重新對準。我們通過虛主軸與12個軸建立了電子齒輪的關(guān)系，在需要進行糾正時，可以實時更改電子齒輪的分子。工藝上糾偏分為快進、快退、慢進、慢退，只要設(shè)定不同大小的齒輪比就可以實現(xiàn)。

2.4 觸摸屏、模擬量、I/O點控制

圓網(wǎng)印花機的各個裝置如烘箱、水氣閥、擺布變頻器、導(dǎo)帶上下、糾偏快進快退慢進慢退按鈕都是通過臺達DVP-ES2與AH500 CPU進行PLC-link通訊，再由AH500 CPU與AH10PM進行數(shù)據(jù)交往，把外部信號讀進來，更改相應(yīng)的變量實現(xiàn)控制。

3 硬件架構(gòu)

根據(jù)以上系統(tǒng)要求構(gòu)建硬件架構(gòu)，如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 硬件結(jié)構(gòu)圖

圖4 硬件結(jié)構(gòu)圖

圖5 現(xiàn)場硬件圖

需要注意的是實際現(xiàn)場整個電柜的干擾問題。AH10PM的高速計數(shù)器的端子是集電極輸入，AH10PM的前四軸脈沖輸出是差分形式，后兩軸脈沖輸出是集電極輸出，集電極很容易受到外部的干擾，建議主編碼器使用推挽的輸出方式，屏蔽層要單端接地，整個電柜需要良好的接地，否則很容易造成模塊與模塊間的位置偏差。

4 軟件架構(gòu)

根據(jù)以上系統(tǒng)要求可以構(gòu)建運動程序架構(gòu)，如圖6所示。

圖6 運動程序架構(gòu)

系統(tǒng)在正常運行時，虛擬主軸跟隨主編碼器運行，通過改變主編碼器與虛擬軸之間的齒輪比，可以在觸摸屏里調(diào)整導(dǎo)帶與網(wǎng)頭摩擦系數(shù)。當(dāng)產(chǎn)生套色偏移時，可以調(diào)整虛擬主軸與從軸之間的齒輪比來調(diào)整導(dǎo)帶與網(wǎng)頭之間的相位。

當(dāng)需要單動網(wǎng)頭時，可以直接JOG或者變速運動虛擬主軸，從軸同樣會跟隨虛擬主軸運動。

5 PLC-link與AH500背板數(shù)據(jù)交換

在本案例中，所有的外部I/O點都是接到臺達DVP-ES2小型PLC里，再由PLC-link傳到AH500 CPU里。PLCLink是透過RS485的聯(lián)機來進行數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)機制。臺達AH500是圖形化規(guī)劃接口，提供PLC Link與Ether Link的主機數(shù)據(jù)交換，便利快速的功能、簡單的填表與設(shè)定，即可以在免程序撰寫下實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)交換通訊功能，針對OEM設(shè)備集中收集信息至FMCS或ERP的應(yīng)用需求，特別有幫助。

AH500 CPU與AH10M模塊之間的數(shù)據(jù)是通背板通訊實現(xiàn)，通過建立數(shù)據(jù)交換表來定義互相交換寄存器地址。

6 程序編寫

程序主要分為軸初始化、系統(tǒng)正常生產(chǎn)即跟隨主編碼器、網(wǎng)頭單動、網(wǎng)頭對花和糾偏。

1號軸初始化如圖所示，其他軸類似。定義運動軸的最高速、最低速和加減速時間以及脈沖輸出方式等。AH10PM前四軸最高頻率可以達到1MHz，后兩軸最高頻率是200kHz，為了統(tǒng)一，我們都設(shè)為200kHz。

1號軸初始化程序

虛軸建立不需要進行初始化，直接可以用軸號K7～K16來聲明。圖8是主編碼器與虛主軸建立主從關(guān)系。Master軸為0，即高速計數(shù)器X0.8、X0.9。Slave軸為7，就是虛軸。

圖8 主編碼器與虛主軸建立主從關(guān)系程序

12軸跟隨主編碼器運動，建立主從跟隨關(guān)系。如圖9所示為1號軸跟隨，其他軸類似。

1號軸跟隨程序

糾偏功能分為快進、快退、慢進、慢退，可以通過改變齒輪比實現(xiàn)，如圖10建立一個跟隨條件功能塊。

跟隨條件功能塊

計布長是主編碼器的計數(shù)長度，這個長度可以隨時清零，所以不能直接用虛主軸的脈沖值。但是，可以再建立一個虛軸用于計長，并且可以隨時清零而不影響其他軸的正常運行，如圖11。

計布長程序

程序中8號軸跟隨主編碼器記錄脈沖數(shù)，D200作為計長，當(dāng)需要清零是只要M44斷開一個周期后再導(dǎo)通就可以實現(xiàn)，把D200傳到AH500 CPU里計算出長度。

7 結(jié)束語

基于臺達的中型PLC AH500和AH10PM運動模塊的解決方案在圓網(wǎng)印花機上得到了成功應(yīng)用，車速可以達到100M/min。同時，如果選用臺達的伺服驅(qū)動器和臺達的PLC控制器搭配使用，可以為客戶量身定制更多的解決方案，給客戶提供低成本、高性能、最優(yōu)化的系統(tǒng)解決方案。