电子凸轮控制系统在圆网数码无缝壁布机中的应用

蔡熙　楚建安

【摘 要】将传统圆网印花与新兴数码印花相结合，提出了一种新的联合印花模式在无缝壁布中的应用。设计了圆网数码无缝壁布机的主控系统，实现了贴布导带与圆网及数码打印小车的同步控制。重点介绍了电子凸轮在以三菱高速PLC为主的控制平台上的实现方法，利用电子凸轮技术替代了传统机械凸轮，解决了传统机械凸轮压强大，易磨损，凸轮轮廓加工困难等问题，极大的减少了壁布机机械结构的复杂性。

【关键词】电子凸轮;可编程运动控制器;简单运动模块;无缝壁布机

中图分类号： U653.9 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）01-0154-002

0 引言

近年来随着数码印花在国内印花行业内的兴起，越来越多的印花设备厂推出了自主研发生产的数码印花设备。将传统网印技术与数码印花技术联合起来，可以很好的避免两种技术的缺点，发挥出各自的优势。这样的联合印刷方案设计在保障印刷产品质量与精度的情况下可以很好地减少印花设备购置成本及生产过程中的生产成本。

1 圆网数码无缝壁布机

这里介绍的这台圆网数码无缝壁布机的数码印花模式是以动态同步扫描方式来完成的，数码印花与圆网印花在方向上是正交的，在花回上是同步的。这样两个速度合成一个矢量轨迹走向就是数码印刷实际在壁布上的印刷方向。

圆网数码无缝壁布机中的数码小车具有典型的循环往复运动轨迹，利用一种基于三菱PLC简单运动模块的电子凸轮技术，实现数码打印小车与壁布走料的同步运动控制。相较于传统的机械凸轮，通过电子凸轮输出的从动轴在往复运动中精度高，稳定性好。在壁布生产过程中若工况发生改变，数码印刷与圆网印刷间套印纠偏等情况下，电子凸轮能快速响应系统需要，手动或自动调整电子凸轮数据，而无需重新制作新凸轮，机构的输出柔性好。

2 基于PLC的电子凸轮系统

整台圆网数码无缝壁布机的主控系统采用以PLC为主的控制平台，主控系统主要由三菱PLC（Q02HCPU）、三菱简单运动模块（QD77MS）、远程I/O/AD/DA模块、色标传感器、光电编码器、伺服电机、直线电机、仪表（温度、压力）、传感器、交换机等组成，如图一所示。

主控系统中导带伺服电机为主令电机，在主令电机上的光电编码器输出的编码脉冲为走料脉冲，走料脉冲传回到PLC中作为后续圆网同步印刷与数码同步印刷的主轴主输入信号。色标传感器检测到色标间隔信号，在PLC中高速中断处理得出误差量，再经过简单运动模块的误差算法处理得到位置补偿脉冲作为直线电机的主轴副输入信号，其结构框图如图二所示。在简单运动模块中，走料脉冲与位置补偿脉冲通过主轴电子齿轮合成主输入轴脉冲信号为电子凸轮系统提供输入轴参数，输入轴输入的主轴脉冲先由简单运动模块转化为凸轮轴1周期当前值，再经过电子凸轮形成比数据计算出从轴脉冲输出到伺服放大器中驱动直线电机做往复扫描运动。

3 电子凸轮的设计

在PLC中，将使用凸轮进行机械同步控制的机构用软件替换进行相同的控制，称为电子凸轮同步控制。在同步控制中，通过设置同步控制用参数，对各输出轴启动同步控制，对输入轴（伺服输入轴、同步编码器轴）进行同步控制。

将壁布走料脉冲设为主轴输入，对主轴的坐标可以设定最大花回长度为输入轴周期，以循环凸轮运动。将凸轮轴 1 周期当前值作为输入值，通过根据设置的凸轮数据转换后的值（进给当前值）对输出轴进行控制。

凸轮数据有行程比数据格式与坐标数据格式两种，这里以行程比数据格式为例说明电子凸轮的设计过程。使用三菱PLC编程软件GX Works2直接将电子凸轮数据设置到简单运动模块中（凸轮保存区），电子凸轮数据包括凸轮编号，数据格式，坐标数，凸轮数据开始位置及坐标数据。行程比数据格式的凸轮数据被定义为将 1 周期的凸轮曲线以凸轮分辨率的点数进行等分割，由凸轮分辨率的点数的行程比数据所构成，如图三所示。

凸轮轴 1 周期当前值位于定义的凸轮数据的中间的情况下，通过前后的凸轮数据计算中间值。电子凸轮控制系统要同步数码与圆网间的同步套印运动首先要分析出数码打印小车作为从轴运动与壁布走料主轴运动间的关系。通过运动分析得出运动数据如表1所示。

圆网数码无缝壁布机的数码印花在一个凸轮周期中来回2Pass印刷，印刷过程中打印小车要与走料导带保持耦合关系，故在电子凸轮同步区间15°～165°、 195°～345°打印小车为同步匀速运动，其他的时间段里为加减速区间。下面是电子凸轮曲线行程比数据的生成过程，如图四所示。

4 结束语

在传统的网印机器上加入数码打印小车的联合印刷方案，在现阶段的新老技术交替阶段给了市场多一个选择，同时相较于两种单独的印花方式联合印刷方案有着低成本、高效率、适应性强等特点。通过简单的控制用参数设定，调用不同的电子凸轮数据，结合基于PLC的主控系统的同步运动控制，可以快速实现壁布幅宽及印花速度在一定范围内的任意调节。极大的显示出了电子凸轮相较于传统机械凸轮的方便转换的特性，这也恰好适应了现在市场上小批量定制化生产的需求。

【参考文献】

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