1、行業(yè)介紹

印刷開槽機(jī)，又稱水性印刷開槽機(jī)、紙箱印刷開槽機(jī)、水墨印刷開槽機(jī)或瓦楞紙板印刷開槽機(jī)，是將印刷、開槽、切角、壓線、切邊五道工序合為一體的綜合性紙箱加工設(shè)備，是瓦楞紙箱生產(chǎn)中不可或缺的后道加工設(shè)備。按照不同的色組，印刷開槽機(jī)又單色、雙色、三色、四色等多種機(jī)型。

近幾年來紙箱行業(yè)取得了飛速的發(fā)展，其中印刷開槽機(jī)是后道工序中非常重要的設(shè)備；在國內(nèi)中低檔設(shè)備價(jià)格竟?fàn)幃惓＜ち遥瑑?yōu)良可靠的系統(tǒng)方案和低成本已是眾多設(shè)備廠商所追求的方向。

紙箱印刷機(jī)是能夠?qū)⑺璧奈淖?、圖案及其它信息印至紙箱箱體表面的印刷設(shè)備，它一般包括裝版、涂墨、壓印、輸紙等工藝流程。紙箱印刷一般有單一印刷、印刷帶開槽/模切、印刷開槽/模切、粘箱及聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線等。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1方案背景

全自動(dòng)高速水性印刷開槽模切機(jī)目前市場(chǎng)上使用的控制系統(tǒng)方案為PLC+HMI或者工控機(jī)；其中PLC使用最多的品牌是臺(tái)達(dá)、西門子和歐姆龍；HMI使用最多的品牌是昆侖通態(tài)和顯控。由于永宏經(jīng)濟(jì)型PLC的高速聯(lián)機(jī)功能的特點(diǎn)，使整套機(jī)組前后控制幾乎無延時(shí)，而諸如臺(tái)達(dá)等PLC則明顯滯后，導(dǎo)致一些功能還得走線；再加上經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)；

紙箱印刷機(jī)在工作時(shí)先將要印刷的文字和圖像制成印版，裝在印刷機(jī)上，然后由人操作印刷機(jī)把墨均勻涂敷于印版上有文字和圖像的地方，再直接或間接地轉(zhuǎn)印到瓦楞紙板或紙箱上，從而復(fù)制出與印版相同的印刷復(fù)制品。

模切機(jī)每部分承擔(dān)不同的工序，其中作為其它部件支撐體的軌道，用于引導(dǎo)其它部件移動(dòng)并承載其質(zhì)量；印刷開槽模切機(jī)的起始部件是送紙部，它會(huì)連續(xù)、精確、自動(dòng)地把送紙臺(tái)上的原始紙板依次送入印刷、開槽及模切等部分，同時(shí)為了有效保證印刷質(zhì)量，送紙部會(huì)將原始紙板表面變得清潔；印刷部中的每個(gè)色組對(duì)應(yīng)一種顏色，一般由4或6組相同的設(shè)備組成（4色印刷或6色印刷），清潔后的原始紙板通過印刷部時(shí)，紙板和印版會(huì)相互重合，紙板上將附著印版上的油墨，紙板的印刷即被完成；緊接著印刷完畢的紙板會(huì)送入開槽部，進(jìn)過對(duì)紙板進(jìn)行開槽、打孔、切角、壓痕、修邊等加工后，印好的紙板已經(jīng)變成了紙箱箱坯；模切部對(duì)印好文字圖案的紙箱箱坯進(jìn)行滾切加工。因此，原始紙板先后經(jīng)過送紙部、印刷部、開槽部和模切部（可選）后，變成印好文字圖案的紙箱，再根據(jù)紙箱的具體使用需要，經(jīng)過后續(xù)設(shè)備的加工處理，完整的紙箱成品就制作完成了。

2.2結(jié)構(gòu)介紹

印刷開槽模切機(jī)一般由以下幾個(gè)部分組成:

(1）送紙部：電控部分采用PLC、觸摸屏和變頻器。操作員可在觸摸屏設(shè)定紙張的長(zhǎng)、寬等相關(guān)數(shù)據(jù)，調(diào)整前擋板、側(cè)擋板的位置，使得后續(xù)的各部定位準(zhǔn)確，取得良好的印刷、模切效果。

(2）印刷部：由多個(gè)單色印刷部組成，均采用PLC與觸摸屏控制。彩色原稿經(jīng)過電子分色制版成反面圖像，然后通過印刷機(jī)進(jìn)行印刷，將水墨從印刷機(jī)網(wǎng)紋輥上轉(zhuǎn)移到印刷版上，再將水墨從印刷版上轉(zhuǎn)移到瓦楞紙板上。通過套色、疊色得到正面的圖像，實(shí)現(xiàn)原稿樣箱的復(fù)制。在觸摸屏上可以調(diào)整印刷位置，印壓滾筒的深度等。

(3）開槽部：對(duì)印刷好的紙板進(jìn)行壓線開槽的工序。各刀具的位置通過觸控畫面可調(diào)。

(4）模切部：模切的相位可通過觸摸屏調(diào)整設(shè)定，由PLC程序控制，配合高速脈沖計(jì)數(shù)，取得精準(zhǔn)的開模效果。

3、解決方案

3.1硬件配置

全自動(dòng)高速水性印刷開槽模切機(jī)的系統(tǒng)硬件由永宏1臺(tái)FBs-40MCPLC作為主控制器、4臺(tái)FBs-MA系列PLC作從機(jī)控制印刷部、模切部，再有一臺(tái)FBs-MA系列PLC作為從機(jī)來控制開槽部，整套系統(tǒng)再使用永宏最新的C3系列HMI觸摸屏實(shí)現(xiàn)參數(shù)的修改以及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，通過變頻器控制電機(jī)進(jìn)行相位調(diào)整，再有一些外部設(shè)備（包括按鈕、指示燈和蜂鳴器等）組成。

全自動(dòng)高速水性印刷開槽模切機(jī)系統(tǒng)硬件清單如表。

3.2主要控制部件圖

3.3I/O圖（部分）

3.3設(shè)備作業(yè)圖

4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1設(shè)備操作流程圖

4.2工藝流程

設(shè)備工藝流程：此設(shè)備首先將已經(jīng)成型的瓦楞紙板（三層、五層、七層）放置到送紙臺(tái)，然后通過前緣送紙系統(tǒng)將紙板逐張送入機(jī)器，然后將需要的文字、圖案等進(jìn)行套色印刷，然后通過開槽部進(jìn)行箱體的初期開槽，然后再經(jīng)過模切部進(jìn)行紙板的二次定型俢邊；

4.3應(yīng)用指令說明

4.3.1高速計(jì)數(shù)功能

主機(jī)和開槽部PLC具備4個(gè)100kHz的硬件高速計(jì)數(shù)器（HHSC）和4個(gè)頻率總和為5kHz的軟件高速計(jì)數(shù)器（SHSC），無需另加高速計(jì)數(shù)模塊即可滿足系統(tǒng)需求。軟件高速計(jì)數(shù)器支持U/D,P/R,A/B三種計(jì)數(shù)模式，硬件高速計(jì)數(shù)器更是支持U/D＊2，P/R＊2,A/B＊2，A/B＊3,A/B＊4，共計(jì)8種計(jì)數(shù)模式。

4.3.2永宏P(guān)LC間高速LINK通訊

永宏P(guān)LC通過通訊口port2，可實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間的高速CPULink。高速聯(lián)機(jī)時(shí)，最高BaudRate為921.6Kbps，最低為38.4Kbps（可調(diào)）；DataBit固定為8-bit；數(shù)據(jù)以原始碼（也就是數(shù)據(jù)本身的二進(jìn)制碼）傳輸（比ASCIICode快一倍）；錯(cuò)誤檢驗(yàn)方法采用比hecksum方式穩(wěn)定可靠的CRC-16。高速聯(lián)機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸理念是以COMMONDATAMEMORY觀念來設(shè)計(jì)，每站最多支配32word長(zhǎng)度的資料區(qū)域。例如主站將R0～R9的內(nèi)容送出，則所有從站PLC的R0～R9的內(nèi)容都會(huì)與主站相同；2號(hào)從PLC將R10～R19中內(nèi)容送出，則主站及其它從PLC的R10～R19的內(nèi)容都會(huì)與2號(hào)站相同，依次類推。只需要在主站調(diào)用FUN151指令，并添加通訊命令，如下圖所示，即可方便完成通訊功能。而不需要在每一站分別寫通訊命令，輪流占用信號(hào)傳輸通道，因此這種方式有著顯著的優(yōu)越性;

4.3.3永宏P(guān)LC與變頻器Modbus通訊

FUN150（M-BUS）指令提供永宏P(guān)LC(主站)通過Port1、2、3或4以ModBus通訊協(xié)議與具有該通訊協(xié)議的智能型外圍(仆站)聯(lián)機(jī)。一個(gè)通訊端口可經(jīng)由RS-485接口最多與247臺(tái)仆站聯(lián)機(jī)互享數(shù)據(jù)。被FUN150指定使用的通訊端口就是該ModBus網(wǎng)絡(luò)的主站。利用程序書寫方式或填表格方式來規(guī)劃數(shù)據(jù)流控制；即要從哪一臺(tái)仆站讀取何種數(shù)據(jù)存放到主站(PLC)，或從主站(PLC)要寫何種數(shù)據(jù)至仆站，僅需利用七個(gè)緩存器來定義，每七個(gè)緩存器定義一次傳輸交易。從而實(shí)現(xiàn)與變頻器的通訊控制。

5、項(xiàng)目難點(diǎn)&解決方法

Ø5.1自動(dòng)變頻器相位調(diào)整難點(diǎn)

對(duì)于紙箱印刷機(jī)設(shè)備，簡(jiǎn)單易用的相位調(diào)節(jié)非常重要，客戶要求既要準(zhǔn)確顯示當(dāng)前相位數(shù)值，又要對(duì)相位實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快速的調(diào)整，而且要保證每次正反相位調(diào)整時(shí)盡量小的出現(xiàn)機(jī)械誤差，同時(shí)要求印刷輥運(yùn)行平穩(wěn)；

此難點(diǎn)解決方案：

首先為了可以直觀明白的顯示當(dāng)前值，同時(shí)簡(jiǎn)單的對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整控制，我們使用C3觸摸屏做顯示端來進(jìn)行完整的數(shù)據(jù)顯示控制調(diào)整；然后為了解決機(jī)械誤差問題，我們?cè)诔绦蛑凶隽艘粋€(gè)可以判斷相位正反切換的程序段，然后在每次正反轉(zhuǎn)切換時(shí)都會(huì)執(zhí)行此段程序然后進(jìn)行機(jī)械間隙補(bǔ)償；對(duì)于運(yùn)行平穩(wěn)要求，加入了一段調(diào)整中的多段速調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行；

Ø5.2開槽部全自動(dòng)排刀難點(diǎn)

對(duì)于紙箱印刷機(jī)開槽部，以前都是通過簡(jiǎn)單的手動(dòng)點(diǎn)擊來對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作控制，效率低，而且顯示不直觀，客戶想要做到自動(dòng)排刀，自動(dòng)進(jìn)行刀位的控制，并實(shí)時(shí)對(duì)當(dāng)前位置進(jìn)行顯示，而且可以快速操作

此難點(diǎn)解決方案：

針對(duì)此難點(diǎn)，首先要求客戶首先提高減速機(jī)的減速比，來提高設(shè)備整體的運(yùn)行平穩(wěn)性，然后要求使用永宏P(guān)LC的高速計(jì)數(shù)器，來進(jìn)行刀位、刀寬的精準(zhǔn)控制，在此永宏P(guān)LC的豐富的高速計(jì)數(shù)口得到了充分體現(xiàn)；然后結(jié)合紙箱成型原理，進(jìn)行程序段的編寫優(yōu)化，最大化的提高設(shè)備的智能化

Ø5.3前后數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換以及控制的銜接難點(diǎn)

由于設(shè)備的操作點(diǎn)相當(dāng)繁瑣，因此主控制面板的功能就相當(dāng)重要，客戶要求，在主機(jī)部分可以實(shí)時(shí)快速顯示后面各部數(shù)據(jù)，并且可以做到訂單存儲(chǔ)，而且要求在前段和最末端要對(duì)中間各部進(jìn)行快速響應(yīng)控制

此難點(diǎn)解決方案：

對(duì)于此難點(diǎn)我們就最大限度的發(fā)揮永宏P(guān)LC的高速聯(lián)機(jī)功能優(yōu)勢(shì)，使用此功能我們將各個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行映射控制，然后再將需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，然后對(duì)于客戶要求的訂單部分，我們通過觸摸屏做訂單處理，然后再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次交換，然后來實(shí)現(xiàn)客戶的要求；

6、開槽刀、控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的影響

紙箱印刷開槽機(jī)、成型機(jī)以及各種印刷模切開槽等多功能聯(lián)合機(jī).具有優(yōu)質(zhì)高教、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，被紙箱包裝企業(yè)普遍選用。開槽刀是其中必需的刀具，它的使用壽命直接影響紙箱開槽質(zhì)量和制造成本，是同類企業(yè)質(zhì)量管理和成本管理工作中需要改進(jìn)的難題之一。

在當(dāng)今以質(zhì)量?jī)r(jià)格為核心的市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)中，這個(gè)問題越來越多地被有關(guān)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)所關(guān)注，促使企業(yè)挖潛革新、節(jié)支增效，走內(nèi)涵型發(fā)展的道路。

而控制系統(tǒng)，由于市面上現(xiàn)在好多產(chǎn)品都是周歲試的產(chǎn)品，導(dǎo)致客戶買到機(jī)器后后期控制系統(tǒng)出問題解決相當(dāng)麻煩，而一款可靠的產(chǎn)品對(duì)于設(shè)備至關(guān)重要，而西門子等高端產(chǎn)品價(jià)格又相當(dāng)昂貴，因此一款合適的定位PLC很重要，永宏P(guān)LC則恰恰再這方面有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)；

7、結(jié)論（實(shí)施結(jié)果）

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，全自動(dòng)排刀印刷開槽機(jī)自動(dòng)排刀系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，控制界面操作簡(jiǎn)便，機(jī)組之間通訊快速，操作低延時(shí)，大大提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。從而高性價(jià)比的永宏P(guān)LC在全自動(dòng)排刀印刷開槽機(jī)上得到了很好的應(yīng)用。

自動(dòng)排刀系統(tǒng)比手動(dòng)排刀效率要高出60%以上。大大降低了調(diào)整時(shí)間；而且明白的位置顯示為使用者帶來更直觀的體驗(yàn)；使用全自動(dòng)排刀開槽機(jī)替代手動(dòng)排刀，可以減少人工，節(jié)約人工成本。生產(chǎn)產(chǎn)量高，將時(shí)間用在生產(chǎn)上不至于浪費(fèi)在一次次的排刀上、以及一次次的相位調(diào)整上；這樣就大大提高了設(shè)備的產(chǎn)品產(chǎn)量，給客戶帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益；操作界面簡(jiǎn)單易學(xué)，對(duì)于設(shè)備使用初學(xué)者使用特別簡(jiǎn)單，同時(shí)高速聯(lián)機(jī)，使設(shè)備響應(yīng)高速，大大提高了使用者的使用體驗(yàn)；

客戶對(duì)于此套自動(dòng)控制系統(tǒng)表示非常滿意，無論是從后期現(xiàn)場(chǎng)拆機(jī)再次布線，還是設(shè)備使用，以及對(duì)于生產(chǎn)效率的提高都表示達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先