摘 要：本文介紹了使用AX71中型PLC與英威騰伺服、觸摸屏全套產(chǎn)品在自動(dòng)橢圓絲網(wǎng)印花機(jī)上的應(yīng)用。以其完整支持 IEC61131-3 編程體系、支持 EtherCAT 現(xiàn)場實(shí)時(shí)總線、CANOPEN總線、齒輪同步控制功能等優(yōu)點(diǎn)，提高了印花機(jī)的生產(chǎn)速度、印刷精準(zhǔn)度，降低了PLC程序的維護(hù)難度。

　　1 項(xiàng)目背景

　　當(dāng)今世界不斷增長的世界人口數(shù)量、不同族群間的不同文化需求，以及對彰顯個(gè)人性格色彩產(chǎn)品的期待，種種因素為現(xiàn)階段服裝生產(chǎn)行業(yè)帶來了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。如何快速響應(yīng)市場不斷變化的需求，如何在大量同質(zhì)化服裝產(chǎn)品中脫穎而出，是服裝生產(chǎn)企業(yè)時(shí)刻需要思考的問題。

　　從歷史演變的規(guī)律來看，生產(chǎn)企業(yè)能夠在激烈競爭的環(huán)境中生存并且發(fā)展的最為核心的要素是提升企業(yè)的生產(chǎn)效率。

　　在工業(yè)4.0即將來臨的時(shí)代，生產(chǎn)設(shè)備智能化、自動(dòng)化是必然趨勢，訂單式生產(chǎn)未來可期，英威騰作為值得信賴的工控與能效解決方案提供商，在紡織行業(yè)深耕多年，為多種紡織行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備提供高效的、易維護(hù)的自動(dòng)化電氣方案，是OEM廠商及生產(chǎn)廠商值得信賴的合作伙伴。本文即英威騰針對橢圓形印花機(jī)設(shè)備推出的以AX系列可編程控制器為控制核心的系統(tǒng)解決方案，可有效提升客戶生產(chǎn)效率。

　　橢圓形印花機(jī)主要針對服裝類的圖案印刷，適用于各類印花材料如膠漿、水漿、油墨等，具備實(shí)現(xiàn)多色圖案一次性印刷完成的特點(diǎn)，相比圓形轉(zhuǎn)盤機(jī)操作更為靈活，套色可分兩條線生產(chǎn)，產(chǎn)量得以提高。

　　2 橢圓絲網(wǎng)印刷機(jī)介紹

　　橢圓絲網(wǎng)印刷機(jī)設(shè)備的工作原理如圖1所示。

圖1橢圓絲網(wǎng)印刷機(jī)工作原理圖

　　橢圓印花機(jī)各部分控制工藝如下：

　　旋轉(zhuǎn)主軸：視機(jī)器花色及結(jié)構(gòu)大小，主軸由一個(gè)或兩個(gè)伺服組成，用于機(jī)器臺板(載具)轉(zhuǎn)動(dòng)移位，若用兩個(gè)伺服，則兩個(gè)伺服轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)需要進(jìn)行齒輪同步。

　　定位：當(dāng)旋轉(zhuǎn)主軸到位后，將臺板用定位氣缸頂住，鎖緊位置防止刮印時(shí)臺板晃動(dòng)，影響刮印效果;主軸到位且刮印工位完成刮印時(shí)，如需繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)臺板刮印，則定位打開，全部打開成功后，主軸可旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　刮印機(jī)頭：主軸到位，定位鎖緊后，刮印機(jī)頭升降部分下降，下降到位后，刮刀(以刮刀停在外側(cè)為例)下降，回墨刀上升，雙刀均到位后，印刷軸開始從外限位往內(nèi)移動(dòng)，當(dāng)感應(yīng)到內(nèi)限位之后，印刷軸停止，雙刀切換位置，即刮刀上升回墨刀下降，雙刀切換到位后，印刷軸開始從內(nèi)限位往外移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到外限位時(shí)，印刷軸停止，單次印刷結(jié)束。具體工藝需求可設(shè)定刮印次數(shù)、印刷軸內(nèi)外移動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)多次印刷及不同的刮印和回墨速度。

　　橢圓絲網(wǎng)印刷機(jī)設(shè)備的工藝特點(diǎn)包括：

　　? 可實(shí)現(xiàn)1-N色印刷，一般在30色以下;

　　? 單個(gè)工位實(shí)現(xiàn)單一色彩的單次或多次印刷;

　　? 行業(yè)平均生產(chǎn)效率為小時(shí)產(chǎn)量500件以上;

　　? 機(jī)頭參數(shù)設(shè)定要求通過HMI或物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一設(shè)定。

　　3 傳統(tǒng)方案：一主多從

　　市場傳統(tǒng)方案的特點(diǎn)是一主多從，以一個(gè)控制器作為主站，多個(gè)控制器做從站，從站采用脈沖控制方式控制兩個(gè)工位的伺服驅(qū)動(dòng)器，主站控制兩臺主軸伺服驅(qū)動(dòng)器?？刂破鞑捎靡恢鞫鄰南到y(tǒng)架構(gòu)的方式，控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。主控制器通過脈沖控制兩臺主軸伺服，實(shí)現(xiàn)兩軸同步運(yùn)動(dòng)。

　　一個(gè)從控制器控制兩個(gè)絲印機(jī)頭，從控制器的數(shù)量為N/2，N為機(jī)頭數(shù)量。所有網(wǎng)印伺服驅(qū)動(dòng)器采用脈沖控制模式，降低系統(tǒng)采購成本。

　　HMI采用Modbus RTU協(xié)議與主控制器通訊或者采用Modbus TCP協(xié)議通過交換機(jī)與主從控制器通訊。

圖2 傳統(tǒng)方案系統(tǒng)圖

　　4 英威騰創(chuàng)新方案：去繁就簡，精益生產(chǎn)

　　4.1 方案一

　　該方案采用一臺AX71系列控制器與多個(gè)遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊構(gòu)成控制系統(tǒng)，采用EtherCAT通訊總線控制所有伺服系統(tǒng)。

　　? 通過EtherCAT通訊總線實(shí)現(xiàn)控制器對遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊及伺服系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制;

　　? 采用DA200伺服驅(qū)動(dòng)器，最大轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)，2500轉(zhuǎn)速度模式下剎車距離控制在10cm以內(nèi);

　　? 兩個(gè)主軸采用電子齒輪運(yùn)動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)同步，啟動(dòng)過程平穩(wěn)及停止位置精準(zhǔn);

　　? 采用英威騰定制化云服務(wù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程鎖機(jī)、程序下載、控制命令等遠(yuǎn)程控制功能。

圖3 英威騰創(chuàng)新方案一系統(tǒng)圖

　　4.2 方案二

　　該方案采用一臺AX71系列控制器與多個(gè)遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊構(gòu)成控制系統(tǒng)，采用CANopen通訊總線控制網(wǎng)印伺服以及EtherCAT通訊總線控制主軸伺服。

　　? 通過EtherCAT通訊總線實(shí)現(xiàn)控制器對遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊及DA200主軸伺服系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制;

　　? 采用DA180伺服驅(qū)動(dòng)器，最大轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)，2500轉(zhuǎn)速度模式下剎車距離控制在10cm以內(nèi)(伺服接入網(wǎng)印到位信號);

　　? 兩個(gè)主軸采用電子齒輪運(yùn)動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)同步，啟動(dòng)過程平穩(wěn)及停止位置精準(zhǔn);

　　? 采用英威騰定制化云服務(wù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程鎖機(jī)、程序下載、控制命令等遠(yuǎn)程控制功能。

圖4 英威騰創(chuàng)新方案二系統(tǒng)圖

　　4.3 方案配置表(見表1)

表1方案配置表(注釋：上表中”N“表示花色數(shù))

　　5 方案優(yōu)勢

　　對比傳統(tǒng)方案采用多個(gè)控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)，編程調(diào)試非常繁瑣，以及采用Modbus通訊協(xié)議連接主從控制器存在通訊效率低以及抗干擾能力弱的問題。

　　英威騰創(chuàng)新方案具有如下特點(diǎn)：

　　1、控制系統(tǒng)采用一臺AX71控制器極大簡化程序編寫調(diào)試過程，同時(shí)在遠(yuǎn)程程序更新及設(shè)置參數(shù)的操作上也更具優(yōu)勢;

　　2、采用EtherCAT通訊方案基于以太網(wǎng)的工業(yè)現(xiàn)場總線具備100Mbit/S通訊速度及較強(qiáng)的抗干擾能力，可以顯著提升系統(tǒng)穩(wěn)定性;

　　3、提供的EtherCAT與CANopen伺服方案接線簡單，響應(yīng)速度快，檢測到限位信號后剎車距離低于傳統(tǒng)方案;

　　4、AX71控制器提供豐富的運(yùn)動(dòng)控制功能塊，保證主軸的實(shí)時(shí)同步性與網(wǎng)印軸柔性控制，具備簡易編程的用戶體驗(yàn)。

　　6 現(xiàn)場應(yīng)用以及設(shè)備外觀圖片

圖5 現(xiàn)場應(yīng)用圖

　　7 結(jié)束語

　　英威騰系統(tǒng)方案采用AX71控制器的EtherCAT與CANopen總線通訊方式，電子齒輪同步控制旋轉(zhuǎn)主軸，在可控的伺服加減速時(shí)間內(nèi)，有效地控制電機(jī)的剎車距離，減少了刮印過程中漿料的飛濺。同時(shí)，系統(tǒng)采用擁有32點(diǎn)輸入、32點(diǎn)輸出的遠(yuǎn)程IO擴(kuò)展模塊AE2420，極大地減少了遠(yuǎn)程模塊的數(shù)量和從控制器的使用，為客戶降低了電氣成本，AE2420模塊插拔式的接線端子還簡化了接線的繁瑣度。