欧姆龙工业自动化 (中国) 有限公司

   摘要：本文介绍了基于欧姆龙新一代机器控制器NJ的瓦楞纸印刷机控制系统，针对送纸和模切两个关键的工艺点，欧姆龙提出了有效的控制方法，满足了客户的要求。

   关键词：欧姆龙 NJ控制器 瓦楞纸 印刷机

   1引言

  瓦楞纸是由挂面纸和通过瓦楞棍加工而形成的波形的瓦楞纸粘合而成的板状物，一般分为单瓦楞纸板和双瓦楞纸板两类。瓦楞纸板经过模切、压痕、钉箱或粘箱制成瓦楞纸箱。瓦楞纸箱是一种应用最广的包装制品，用量一直是各种包装制品之首。包括钙塑瓦楞纸箱。

   瓦楞纸板自动生产线、印刷工序、后加工及成型工序；目前印刷工作已基本实现印刷、开槽、模切、粘箱、包装一次成型自动化作业。本项目设备是瓦楞纸箱生产线的后半段工艺，主要工艺分为送纸、印刷、开槽和模切4个部分。以欧姆龙新一代机器控制器NJ为核心组成的控制系统，通过伺服和变频器进行控制和纠偏，很好地满足了系统的要求。

   2设备简介

   瓦楞纸印刷机瓦楞纸箱生产线的后半段工艺，生产的原材料为瓦楞纸板，主要工艺分为送纸、印刷、开槽和模切4个部分，其工艺流程图如图1所示。其中送纸通过伺服控制，印刷和开槽通过变频器控制，而模切则是依靠变频器驱动、并且由伺服进行纠偏。

   图1 瓦楞纸印刷机工艺流程图

  3系统硬件设计

   控制系统以欧姆龙新一代机器控制器NJ系列为核心，系统硬件配置如附表所示。

  附表 瓦楞纸印刷机控制系统硬件配置

系统产品（SYS) PLC NJ501 NJ301-1100 1
系统产品（SYS) PLC NJ501 NJ-PA3001 1
系统产品（SYS) MC R88MK R88M-K5K030F-S2-Z 1
系统产品（SYS) PLC NJ501 R88D-KN50F-ECT 1
系统产品（SYS) MC R88MK R88M-K05030H-S2-Z 1
系统产品（SYS) MC R88DK R88D-KN01H-ECT-Z 1
系统产品（SYS) MC R88MK R88M-K20030H-S2-Z 1
系统产品（SYS) MC R88DK R88D-KN02H-ECT-Z 1
系统产品（SYS) PLC CP1L CP1L-em40dr-d 10
系统产品（SYS) PLC CP1W CP1W-CIF01 10
系统产品（SYS) PLC CP1W CP1W-32ER 1
系统产品（SYS) PLC CP1W CP1W-8ER 15
 系统产品（SYS) PLC CP1W CP1W-20EDR1 1

   4系统调试

   4.1送纸

   该设备的主机是由变频器控制的，在送纸轴将纸板送入主机辊内时，要保证主机与送纸轴线速度一致，类似于一个飞剪的动作。送纸轴的形状如图2所示，通过逆时针旋转，将纸板送入。由于考虑到要实现类似飞剪的动作，所以采用了电子凸轮的方式。

   图2 送纸轴形状
由于考虑到要实现类似飞剪的动作，所以采用了电子凸轮的方式。凸轮表的轮廓如图3所示。


图3 凸轮表的轮廓

   在这个电子凸轮中，主轴为编码器轴（现场实际用一个100W的伺服代替），从轴则为送纸轴。编码器与主机同轴，而主机由变频器驱动的。

   这种做编码器跟随的课题，会产生一个“滞后性”问题。滞后性产生的原因在于，编码器读到主机当前的位置以后，要经过数据传输、数据处理等过程才会最终被从轴所执行，而当主机运行速度较快时，这种滞后性会愈发严重。

   按照产品工艺的要求，无论生产速度快慢与否，都要保证印刷位置不变，这其实就是要求滞后的程度不变。为了实现这个目的，我们对凸轮表进行了补偿，补偿的大小根据主机速度快慢而定。

   “补偿”的方法：前期使用过NJ的“MC_Phasing”指令，来对凸轮表进行相位变换，但由于对该指令应用熟练程度不足，加之客户要求对送纸轴进行实时补偿，而不是每张补偿一次，一时难以实现，最终放弃了这种做法。（实时补偿的目的是在主机加速过程中，也能保证位置不偏移）。经过讨论，后面确定使用“实时修改凸轮表的值”的方式来实现，即每个扫描周期都根据主机的速度反馈进行补偿。

   4.2模切

   胶辊和模板是两个直径不同的辊子，都由客户主机通过齿轮带动旋转，见图4。

   图4 瓦楞纸印刷机的胶辊和模板

   这里需要用到一个伺服轴，它的主要作用是对胶辊进行速度的修正。

   对胶辊进行速度修正的原因有二：一是胶辊与模板直径，无论是直径，还是减速比都不同，所以线速度也不相同。二是如果客户模板的尺寸不准确，可能需要调整胶辊的速度，以达到补偿的目的。

  从机械角度来看，客户采用了一种叫做“谐波差速补偿”的方式。根据客户提供的谐波补偿器的计算公式，可以得到伺服应该达到的目标速度。

   5结束语

   目前，设备已在客户现场正常运行，实践证明该系统可以确保按照产品工艺的要求，无论生产速度快慢与否，都要保证印刷位置不变，满足了客户的生产需求。