1、行業(yè)介紹

印刷開槽機，又稱水性印刷開槽機、紙箱印刷開槽機、水墨印刷開槽機或瓦楞紙板印刷開槽機，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備，是瓦楞紙箱生產(chǎn)中不可或缺的后道加工設備。按照不同的色組，印刷開槽機又單色、雙色、三色、四色等多種機型。

近幾年來紙箱行業(yè)取得了飛速的發(fā)展，其中印刷開槽機是后道工序中非常重要的設備；在國內中低檔設備價格竟爭異常激烈，優(yōu)良可靠的系統(tǒng)方案和低成本已是眾多設備廠商所追求的方向。

紙箱印刷機是能夠將所需的文字、圖案及其它信息印至紙箱箱體表面的印刷設備，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)動生產(chǎn)線等。

2、系統(tǒng)設計方案

2.1方案背景

全自動高速水性印刷開槽模切機目前市場上使用的控制系統(tǒng)方案為PLC+HMI或者工控機；其中PLC使用最多的品牌是臺達、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)濟型PLC的高速聯(lián)機功能的特點，使整套機組前后控制幾乎無延時，而諸如臺達等PLC則明顯滯后，導致一些功能還得走線；再加上經(jīng)濟等特點；

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

模切機每部分承擔不同的工序，其中作為其它部件支撐體的軌道，用于引導其它部件移動并承載其質量；印刷開槽模切機的起始部件是送紙部，它會連續(xù)、精確、自動地把送紙臺上的原始紙板依次送入印刷、開槽及模切等部分，同時為了有效保證印刷質量，送紙部會將原始紙板表面變得清潔；印刷部中的每個色組對應一種顏色，一般由4或6組相同的設備組成（4色印刷或6色印刷），清潔后的原始紙板通過印刷部時，紙板和印版會相互重合，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送入開槽部，進過對紙板進行開槽、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；模切部對印好文字圖案的紙箱箱坯進行滾切加工。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)設備的加工處理，完整的紙箱成品就制作完成了。

2.2結構介紹

印刷開槽模切機一般由以下幾個部分組成:

(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定紙張的長、寬等相關數(shù)據(jù)，調整前擋板、側擋板的位置，使得后續(xù)的各部定位準確，取得良好的印刷、模切效果。

(2）印刷部：由多個單色印刷部組成，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，然后通過印刷機進行印刷，將水墨從印刷機網(wǎng)紋輥上轉移到印刷版上，再將水墨從印刷版上轉移到瓦楞紙板上。通過套色、疊色得到正面的圖像，實現(xiàn)原稿樣箱的復制。在觸摸屏上可以調整印刷位置，印壓滾筒的深度等。

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

(4）模切部：模切的相位可通過觸摸屏調整設定，由PLC程序控制，配合高速脈沖計數(shù)，取得精準的開模效果。

3、解決方案

3.1硬件配置

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

全自動高速水性印刷開槽模切機系統(tǒng)硬件清單如表。

3.2主要控制部件圖

3.3I/O圖（部分）

3.3設備作業(yè)圖

4、系統(tǒng)軟件設計

4.1設備操作流程圖

4.2工藝流程

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

4.3應用指令說明

4.3.1高速計數(shù)功能

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

4.3.2永宏PLC間高速LINK通訊

永宏PLC通過通訊口port2，可實現(xiàn)主機之間的高速CPULink。高速聯(lián)機時，最高BaudRate為921.6Kbps，最低為38.4Kbps（可調）；DataBit固定為8-bit；數(shù)據(jù)以原始碼（也就是數(shù)據(jù)本身的二進制碼）傳輸（比ASCIICode快一倍）；錯誤檢驗方法采用比hecksum方式穩(wěn)定可靠的CRC-16。高速聯(lián)機的數(shù)據(jù)傳輸理念是以COMMONDATAMEMORY觀念來設計，每站最多支配32word長度的資料區(qū)域。例如主站將R0～R9的內容送出，則所有從站PLC的R0～R9的內容都會與主站相同；2號從PLC將R10～R19中內容送出，則主站及其它從PLC的R10～R19的內容都會與2號站相同，依次類推。只需要在主站調用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，輪流占用信號傳輸通道，因此這種方式有著顯著的優(yōu)越性;

4.3.3永宏PLC與變頻器Modbus通訊

FUN150（M-BUS）指令提供永宏PLC(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。一個通訊端口可經(jīng)由RS-485接口最多與247臺仆站聯(lián)機互享數(shù)據(jù)。被FUN150指定使用的通訊端口就是該ModBus網(wǎng)絡的主站。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，僅需利用七個緩存器來定義，每七個緩存器定義一次傳輸交易。從而實現(xiàn)與變頻器的通訊控制。

5、項目難點&解決方法

Ø5.1自動變頻器相位調整難點

對于紙箱印刷機設備，簡單易用的相位調節(jié)非常重要，客戶要求既要準確顯示當前相位數(shù)值，又要對相位實現(xiàn)簡單快速的調整，而且要保證每次正反相位調整時盡量小的出現(xiàn)機械誤差，同時要求印刷輥運行平穩(wěn)；

此難點解決方案：

首先為了可以直觀明白的顯示當前值，同時簡單的對設備進行調整控制，我們使用C3觸摸屏做顯示端來進行完整的數(shù)據(jù)顯示控制調整；然后為了解決機械誤差問題，我們在程序中做了一個可以判斷相位正反切換的程序段，然后在每次正反轉切換時都會執(zhí)行此段程序然后進行機械間隙補償；對于運行平穩(wěn)要求，加入了一段調整中的多段速調節(jié)，實現(xiàn)設備的平穩(wěn)運行；

Ø5.2開槽部全自動排刀難點

對于紙箱印刷機開槽部，以前都是通過簡單的手動點擊來對設備進行操作控制，效率低，而且顯示不直觀，客戶想要做到自動排刀，自動進行刀位的控制，并實時對當前位置進行顯示，而且可以快速操作

此難點解決方案：

針對此難點，首先要求客戶首先提高減速機的減速比，來提高設備整體的運行平穩(wěn)性，然后要求使用永宏PLC的高速計數(shù)器，來進行刀位、刀寬的精準控制，在此永宏PLC的豐富的高速計數(shù)口得到了充分體現(xiàn)；然后結合紙箱成型原理，進行程序段的編寫優(yōu)化，最大化的提高設備的智能化

Ø5.3前后數(shù)據(jù)的實時交換以及控制的銜接難點

由于設備的操作點相當繁瑣，因此主控制面板的功能就相當重要，客戶要求，在主機部分可以實時快速顯示后面各部數(shù)據(jù)，并且可以做到訂單存儲，而且要求在前段和最末端要對中間各部進行快速響應控制

此難點解決方案：

對于此難點我們就最大限度的發(fā)揮永宏PLC的高速聯(lián)機功能優(yōu)勢，使用此功能我們將各個點位進行映射控制，然后再將需要的數(shù)據(jù)進行實時傳輸，然后對于客戶要求的訂單部分，我們通過觸摸屏做訂單處理，然后再對數(shù)據(jù)進行二次交換，然后來實現(xiàn)客戶的要求；

6、開槽刀、控制系統(tǒng)對設備的影響

紙箱印刷開槽機、成型機以及各種印刷模切開槽等多功能聯(lián)合機.具有優(yōu)質高教、結構緊湊等特點，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量和制造成本，是同類企業(yè)質量管理和成本管理工作中需要改進的難題之一。

在當今以質量價格為核心的市場激烈競爭中，這個問題越來越多地被有關企業(yè)領導所關注，促使企業(yè)挖潛革新、節(jié)支增效，走內涵型發(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，導致客戶買到機器后后期控制系統(tǒng)出問題解決相當麻煩，而一款可靠的產(chǎn)品對于設備至關重要，而西門子等高端產(chǎn)品價格又相當昂貴，因此一款合適的定位PLC很重要，永宏PLC則恰恰再這方面有得天獨厚的優(yōu)勢；

7、結論（實施結果）

通過現(xiàn)場調試，全自動排刀印刷開槽機自動排刀系統(tǒng)運行穩(wěn)定，控制界面操作簡便，機組之間通訊快速，操作低延時，大大提高了設備的穩(wěn)定性和可靠性。從而高性價比的永宏PLC在全自動排刀印刷開槽機上得到了很好的應用。

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

客戶對于此套自動控制系統(tǒng)表示非常滿意，無論是從后期現(xiàn)場拆機再次布線，還是設備使用，以及對于生產(chǎn)效率的提高都表示達到行業(yè)領先