前言
每个细节的精益求精是每个卓越企业的追求,这就是为什么在超市里我们看到百威、青岛啤酒越来越精美的外包装,这是吸引消费者的关键一环,除了啤酒的品质,外包装的精美也体现着生产者对于细节品质的把握与追求,这也给
印刷机带来了新的机会。
另外,啤酒饮料行业对于环保的要求也更为苛刻,为了保证生产过程中对人体的危害的降低,环保印刷也被更多的关注,这也使得柔版印刷相对于胶印和凹版印刷的优势逐渐得到体现。
一、系统需求
宽幅柔版在以前是非常困难的,因为其机械加工和控制的要求均较高,因此,在很长一段时间里,宽幅柔版都没有得到大力的发展,目前
CONTROL ENGINEERING China版权所有,该机型主要被用于瓦楞纸面纸的印刷,采用这一项印刷流程的被称为“预印技术”而相对的,在瓦楞纸板生产后的印刷则为“后印技术”,相对于后印技术,预印技术有其独到的优势:
● 预印技术效率高,质量好-对于瓦楞纸板的印刷而言,预印技术则将印刷好的面纸与瓦楞线联动,可以直接生产出纸箱,而无需像后印技术要转移到开槽印刷机上
控制工程网版权所有,这样效率会更高,并且,不同于后印技术,它不会对瓦楞纸造成压力,从而影响瓦楞纸箱的强度。
● 环保-柔版印刷采用水性油墨,其对环境污染相对于油性油墨而言更为环保,对空气和生产车间的人影响更小。
● 幅面更大-对于宽幅柔版来说1200mm~2200mm的印刷幅面可以提供大件包装容器的表面印刷,并且它也能通过分切提供同时多种产品的印刷。
该系统要求达到的印刷速度为300m/min,印刷精度+/-0.1mm,幅宽1200mm。
二、系统原理与构成
机器由放卷、前牵引单元、印刷色组(一般不超过9色)、后牵引单元、收卷单元构成。
2.1放卷单元
放卷部分主要是由气刹加上一个张力摆辊组成,材料卷纸芯通过气胀轴放在放卷架上,在气刹刹车气压为零时,材料卷和气胀轴一起可以自由转动;在正常工作时,是通过调节气压(比例阀:0~10VDC表示气压由小到大)来调节刹车力量来控制放卷的张力大小,具体原理图如下:
其中张力摆辊保持恒定的推力(气缸中的气压恒定),在正常运行中,我们通过PID调节气刹的气压,使张力摆辊停留在设定的位置(张力摆辊的位置由安装在摆辊上的电位器来检测,0~10V表示,一般把中间值调节为5V),这样就保持了放卷的恒张力,这也是材料进入印刷前的第一级张力控制。
2.2前牵引部分:
前牵引部分是由前牵引电机、前牵引辊、前牵引压辊加上一个张力摆辊组成。前牵引部分的作用就是以恒张力把印刷材料送入到印刷部。工作原理图如下:
牵引辊由牵引电机驱动,牵引压辊在正常运行时压在牵引辊上,防止材料滑动。在正常运行时,通过PID调节前牵引电机的速度来控制张力摆辊在设定位置
CONTROL ENGINEERING China版权所有,从而保持材料张力的恒定。这是材料进入印刷部分之前的第二级张力控制。同时前牵引压辊也起到张力隔离的作用,放卷部分的张力波动可以被隔离。
2.3印刷部分
印刷部分由色组组成,7个色就是有7色组;每个色组由色组电机、底辊、版辊、进墨辊组成。色组电机通过减速箱驱动底辊,版辊、底辊、进墨辊通过齿轮靠在一起。工作的原理图如下:
版辊、底辊、进墨辊是通过齿轮配合来保证表面线速度的一致;在开始印刷之前,版辊和底辊之间是有间隙的,版辊是处于升起的状态,此时版辊表面和印刷材料是不接触的,当降下版辊之后,版辊表面与被承印材料表面保持轻接触,根据印刷的图案效果可以调节版面与材料之间的接触压力。降版辊是版辊、进墨辊一起下降,退版辊的顺序是:先停止进墨辊转动2秒种,然后再退版辊
CONTROL ENGINEERING China版权所有,保持版辊退信号和进墨辊停止信号2秒,然后两个信号都复位。正常印刷时,印刷的所有色组保持严格的位置同步,所有色组标定要完全相同。在色组与色组之间就是每个色组印后的加热部分,采用热风加热;热风由总吹风机出来;每个色组都分别有加热器,分快热和慢热两种方式。加热类型有电热丝和蒸汽两种。
2.4后牵引部分:
后牵引部分是由后牵引电机、后牵引辊、后牵引压辊加上一个张力摆辊组成;后牵引部分的作用就是以恒张力把承印材料引出印刷部分。工作原理图如下:
张力摆辊装在最后一个色组和后牵引之间,和前牵引一样,正常运行时,牵引压辊也是压在牵引辊上,防止材料滑动。同时起到张力隔离的作用;系统根据摆辊的设定位置通过PID调节后牵引电机的速度来使摆辊稳定在设定位置,以达到后牵引张力的稳定。
2.5收卷部分:
柔版印刷机采用的是表面摩擦收卷的方式,收卷部分主要由张力摆辊、摩擦辊、被动的气胀轴组成。其工作原理图如下:
摩擦辊由第三方异步电机驱动,电机采用ACOPOS或矢量变频器带动,正常工作时,收卷压辊把材料压在摩擦辊面上,收料卷也压在摩擦辊面上;系统通过张力摆辊的设定位置和实际位置比较通过PID调节摩擦辊驱动电机的转速
www.cechina.cn,控制张力摆辊稳定在设定位置,以达到恒张力收卷。摩擦辊和压辊都是软性的橡胶辊。
三、关键技术与解决方案
3.1集成套色系统
3.1.1集成套色的优点:对于印刷系统而言,其关键在于套色系统的套印精度,而目前市场上流行的套色系统方案是一种分立式设计,由
传动系统的产品提供商和套色系统的供应商一起组合成一个系统,这存在以下弊端:
-价格高昂,通常专业的套色系统价格都在数千美元一色;
-系统出现故障时需两个或多个供应商共同来解决;
而B&R依赖其产品自身的强大性能与
贝加莱在印刷机械领域的行业应用软件积累,设计了集成套色系统这一解决方案,产生了对传统方案的颠覆性设计,带来了巨大的成本节省,并且,由一个独立的供应商完成整个系统的提供,也不会造成系统维护升级太多的不便。
贝加莱之所以可以很好实现该系统,有自身硬件的优势,更重要的是在行业积累的软件库得到了发挥。
3.1.2集成套色算法设计
集成套色系统是将各个印刷单元的偏差输入到套色系统模型中,这个模型基于模糊控制而设计建模,其参量包含印刷相关工艺参数如张力、温度、摩擦系数、印刷长度、速度等,由于印刷系统是一个连续纸的印刷过程,任何一个单元的偏差调整均会对其它系统产生影响,通过多变量系统的耦合和解耦运算,系统将调整量给出到运动控制系统,运动控制系统则进行实时调整以维持印刷的高精度。
传统的PLC无法设计如此复杂的算法,而PCC则因为具有高级语言编程能力,可以比较容易的进行算法的软件设计,另外可借助多种开放的库来支持应用程序的开发。
3.2色标直接输入至驱动器
ACOPOS伺服驱动器是一个模块化设计的驱动系统,它具有智能性特点,自身具有很强的处理能力,其设计为多个插槽的方式,包括通信、编码器和I/O共四个插槽,通常第一个槽位用于通信如CAN,POWERLINK,第2~4个槽位既可以用于编码器也可以用于I/O,甚至可以直接插入CPU模块,在这个应用里,色标传感器的信号直接被送到了ACOPOS驱动器,在驱动器内完成了信号的采样、滤波、处理、编码与通信封装,然后送至套色系统,这一设计响应速度较之传统的PLC+I/O模块方式更快。
3.3 虚拟主轴技术
虚拟主轴是指运动控制轴与轴之间所建立起的数学模型,因为所有运动控制的速度、位置同步问题都可归结为各伺服轴之间的数学关系,虚拟主轴并不指某个具体的轴,而是他们之间的关系,由于它并不存在,而是理想中的一个轴,那么它就不存在磨损、跳动也不存在偏差,其它伺服轴紧随这个虚拟主轴运行1:1的电子齿轮同步,ACOPOS驱动器可支持高达32位分辨率的电子齿轮同步精度。
3.4实时通信Ethernet POWERLINK技术
实时通信是系统的关键一环,无论是偏差信号的上传到套色系统以及套色系统给定调整量,以及运动控制系统之间的电子齿轮同步关系,都需要通过高速的数据通道提供各个轴之间的数据交换。
POWERLINK是一个100Mbps,抖动<<1uS的高速实时以太网,它能够为整个系统的大量数据交换提供快速通道,使得系统能够完成快速的数据交换,保障系统同步精度。
四、系统配置
4.1.Power Panel-集成控制、显示与操作于一体的人机界面
4.2ACOPOS智能型伺服驱动器
五、系统优势
5.1成本优势:集成套色系统较之原有的系统几乎省掉了套色系统的成本,这对于机械制造商来说是巨大的成本节省,其竞争力不言而喻。
5.2系统运行精度高,节省纸张,由于采用预套印技术,只在短短几个纸张传输过程中即可完成快速套准,并进入稳定运行阶段,这样就可以节省纸张的浪费。