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)合印花模式在無縫壁布中的應用。設(shè)計了圓網(wǎng)數(shù)碼無縫壁布機的主控系統(tǒng)，實現(xiàn)了貼布導帶與圓網(wǎng)及數(shù)碼打印小車的同步控制。重點介紹了電子凸輪在以三菱高速PLC為主的控制平臺上的實現(xiàn)方法，利用電子凸輪技術(shù)替代了傳統(tǒng)機械凸輪，解決了傳統(tǒng)機械凸輪壓強大，易磨損，凸輪輪廓加工困難等問題，極大的減少了壁布機機械結(jié)構(gòu)的復雜性。

【關(guān)鍵詞】電子凸輪;可編程運動控制器;簡單運動模塊;無縫壁布機

中圖分類號： U653.9 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）01-0154-002

0 引言

近年來隨著數(shù)碼印花在國內(nèi)印花行業(yè)內(nèi)的興起，越來越多的印花設(shè)備廠推出了自主研發(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，可以很好的避免兩種技術(shù)的缺點，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢。這樣的聯(lián)合印刷方案設(shè)計在保障印刷產(chǎn)品質(zhì)量與精度的情況下可以很好地減少印花設(shè)備購置成本及生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)成本。

1 圓網(wǎng)數(shù)碼無縫壁布機

這里介紹的這臺圓網(wǎng)數(shù)碼無縫壁布機的數(shù)碼印花模式是以動態(tài)同步掃描方式來完成的，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。這樣兩個速度合成一個矢量軌跡走向就是數(shù)碼印刷實際在壁布上的印刷方向。

圓網(wǎng)數(shù)碼無縫壁布機中的數(shù)碼小車具有典型的循環(huán)往復運動軌跡，利用一種基于三菱PLC簡單運動模塊的電子凸輪技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)碼打印小車與壁布走料的同步運動控制。相較于傳統(tǒng)的機械凸輪，通過電子凸輪輸出的從動軸在往復運動中精度高，穩(wěn)定性好。在壁布生產(chǎn)過程中若工況發(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系統(tǒng)需要，手動或自動調(diào)整電子凸輪數(shù)據(jù)，而無需重新制作新凸輪，機構(gòu)的輸出柔性好。

2 基于PLC的電子凸輪系統(tǒng)

整臺圓網(wǎng)數(shù)碼無縫壁布機的主控系統(tǒng)采用以PLC為主的控制平臺，主控系統(tǒng)主要由三菱PLC（Q02HCPU）、三菱簡單運動模塊（QD77MS）、遠程I/O/AD/DA模塊、色標傳感器、光電編碼器、伺服電機、直線電機、儀表（溫度、壓力）、傳感器、交換機等組成，如圖一所示。

主控系統(tǒng)中導帶伺服電機為主令電機，在主令電機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。色標傳感器檢測到色標間隔信號，在PLC中高速中斷處理得出誤差量，再經(jīng)過簡單運動模塊的誤差算法處理得到位置補償脈沖作為直線電機的主軸副輸入信號，其結(jié)構(gòu)框圖如圖二所示。在簡單運動模塊中，走料脈沖與位置補償脈沖通過主軸電子齒輪合成主輸入軸脈沖信號為電子凸輪系統(tǒng)提供輸入軸參數(shù)，輸入軸輸入的主軸脈沖先由簡單運動模塊轉(zhuǎn)化為凸輪軸1周期當前值，再經(jīng)過電子凸輪形成比數(shù)據(jù)計算出從軸脈沖輸出到伺服放大器中驅(qū)動直線電機做往復掃描運動。

3 電子凸輪的設(shè)計

在PLC中，將使用凸輪進行機械同步控制的機構(gòu)用軟件替換進行相同的控制，稱為電子凸輪同步控制。在同步控制中，通過設(shè)置同步控制用參數(shù)，對各輸出軸啟動同步控制，對輸入軸（伺服輸入軸、同步編碼器軸）進行同步控制。

將壁布走料脈沖設(shè)為主軸輸入，對主軸的坐標可以設(shè)定最大花回長度為輸入軸周期，以循環(huán)凸輪運動。將凸輪軸 1 周期當前值作為輸入值，通過根據(jù)設(shè)置的凸輪數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的值（進給當前值）對輸出軸進行控制。

凸輪數(shù)據(jù)有行程比數(shù)據(jù)格式與坐標數(shù)據(jù)格式兩種，這里以行程比數(shù)據(jù)格式為例說明電子凸輪的設(shè)計過程。使用三菱PLC編程軟件GX Works2直接將電子凸輪數(shù)據(jù)設(shè)置到簡單運動模塊中（凸輪保存區(qū)），電子凸輪數(shù)據(jù)包括凸輪編號，數(shù)據(jù)格式，坐標數(shù)，凸輪數(shù)據(jù)開始位置及坐標數(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 周期的凸輪曲線以凸輪分辨率的點數(shù)進行等分割，由凸輪分辨率的點數(shù)的行程比數(shù)據(jù)所構(gòu)成，如圖三所示。

凸輪軸 1 周期當前值位于定義的凸輪數(shù)據(jù)的中間的情況下，通過前后的凸輪數(shù)據(jù)計算中間值。電子凸輪控制系統(tǒng)要同步數(shù)碼與圓網(wǎng)間的同步套印運動首先要分析出數(shù)碼打印小車作為從軸運動與壁布走料主軸運動間的關(guān)系。通過運動分析得出運動數(shù)據(jù)如表1所示。

圓網(wǎng)數(shù)碼無縫壁布機的數(shù)碼印花在一個凸輪周期中來回2Pass印刷，印刷過程中打印小車要與走料導帶保持耦合關(guān)系，故在電子凸輪同步區(qū)間15°～165°、 195°～345°打印小車為同步勻速運動，其他的時間段里為加減速區(qū)間。下面是電子凸輪曲線行程比數(shù)據(jù)的生成過程，如圖四所示。

4 結(jié)束語

在傳統(tǒng)的網(wǎng)印機器上加入數(shù)碼打印小車的聯(lián)合印刷方案，在現(xiàn)階段的新老技術(shù)交替階段給了市場多一個選擇，同時相較于兩種單獨的印花方式聯(lián)合印刷方案有著低成本、高效率、適應性強等特點。通過簡單的控制用參數(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)的同步運動控制，可以快速實現(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)機械凸輪的方便轉(zhuǎn)換的特性，這也恰好適應了現(xiàn)在市場上小批量定制化生產(chǎn)的需求。

【參考文獻】

[1]孫桓.機械原理教程[M].西安：西北工業(yè)大學出版社，1987.

[2]MELSEC-Q L QD77MS型簡單運動模塊用戶手冊同步控制篇[K].上海：三菱電機自動化有限公司.

[3]王彩.應用電磁直線執(zhí)行器實現(xiàn)電子凸輪的研究[D].南京：南京理工大學，2016.

[4]王程，賀煒.基于單片機的電子凸輪系統(tǒng)研究[J].機械設(shè)計與制造，2006，P4—P6.

[5]李洋，高敏，李慧.基于DSP的電子齒輪在圓網(wǎng)印花機中的應用[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2012，P74-P76.