CN103158350B - 通用型商务轮转式印刷机的控制系统 - Google Patents

Abstract

本控制系统属于应用在商务轮转式印刷机的整体控制系统。本发明包括工控机，用于控制印刷机的纸架单元、前张力与纠偏单元、4色印刷单元、烘干箱单元、冷却单元、折页单元完成印刷过程；主控PLC，用于控制系统的总体数据交换与程序循环；从站控制PLC，用于局部数据处理与程序控制，为多个，与主控PLC通讯连接；触摸屏，与工控机连接，用于状态监控与参数输入。本发明实现手、自动双重控制的商务轮转印刷控制系统。并将商务印刷中所需要的印刷自动套色、裁切套准、纸张纠偏、纸张自动穿接功能兼容。设备最高印刷速度可达到60000份/小时。

Description

通用型商务轮转式印刷机的控制系统

技术领域

本控制系统属于应用在商务轮转式印刷机的整体控制系统，适合与商务广告单、彩色宣传手册等印刷品的印刷机配套使用。

背景技术

在印刷行业中，根据纸张的形式，可分为平张机与轮转机。而在轮转机中，根据所印刷的内容与精细程度划分，可分为报纸轮转机与商务轮转机。由于彩色印刷的品质要求最高。因此，商务轮转机的控制系统结构也最为复杂、精准度最高。

现今知名的商务轮转机生产商，主要有德国的曼罗兰、海德堡，日本的小森、三菱、西研等。国内品牌中，上海高斯和北人集团的机器较为著名。由于印刷机的工艺性较强，很多大的生产商，都在自己的机器上，配套了相对较独立的控制系统。尤其是油墨印刷单元部分，均采用了自己研发的产品。一旦这些部分损坏，其维修费用相对较高。且由于技术封闭，国内的使用方很难摆脱这种被“掌控”的局面。

鉴于此种情况，我们以一台德国曼罗兰的UNISET60商务轮转机为实际载体，以西门子工控产品为基础，并配以研发了一套相对通用的油墨控制系统，共同设计开发出一套通用型的商务轮转控制系统。

发明内容

为了满足商务轮转印刷机的控制要求，本发明的目的在于设计一套控制系统，以中型PLC做为控制主站、小型PLC做为控制从站、工控机与触摸屏做为数据显示与操作终端，并配以自主研发的一套独立的油墨控制单元，共同构成一套通用型的商务轮转控制系统。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种通用型商务轮转式印刷机的控制系统，包括

工控机，用于控制印刷机的纸架单元、前张力与纠偏单元、4色印刷单元、烘干箱单元、冷却单元、折页单元完成印刷过程；

主控PLC，用于控制系统的总体数据交换与程序循环；

从站控制PLC，用于局部数据处理与程序控制，为多个，与主控PLC通讯连接；

触摸屏，与工控机连接，用于状态监控与参数输入。

所述主控PLC采用西门子S7-300系列的315-2DP CPU，带16DI与16DO输出模块。

所述从站控制PLC采用西门子S7-200系列的224CPU。

所述从站控制PLC利用EM277 PROFIBUS通讯模块连接主控PLC，构成PROFIBUS总线下的网络系统。

本发明具有以下优点：实现手、自动双重控制的商务轮转印刷控制系统。并将商务印刷中所需要的印刷自动套色、裁切套准、纸张纠偏、纸张自动穿接功能兼容。设备最高印刷速度可达到60000份/小时。其整体性能，与国际知名的印刷机厂商，如：曼罗兰、三菱、小森、海德堡等可媲美。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为油墨控制单元结构图；

图3为RGS IV套印单元结构图；

图4为PPC3000裁切套准单元结构图；

图5为E+L纸张纠偏单元结构图；

图6为WEKO喷粉润滑结构图；

图7为VITS烘干箱结系统构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明的主控PLC由西门子S7-300系列的315-2DP CPU，带16DI与16DO输出模块做主站；西门子S7-200系列的224CPU做从站，并利用EM277PROFIBUS通讯模块，使主控PLC与各个从站控制PLC构成PROFIBUS总线下的网络系统。在终端显示与操作方面，利用了研华工控机与西门子SMART_LINE 700触摸屏，进行数据输入与监控操作。油墨控制单元分配到各个印刷单元配套使用。印刷套印功能部分由QTI公司RGS IV单元通过高速CCD摄像机进行4色高速拍摄，并将各色的轴向与周向相对基准偏差值传输给主控PLC；裁切套准部分由QTI公司的PPC3000单元控制打版电机进行裁切位置控制；纸张纠偏功能部分由E+L公司的DCS纠偏单元与偏置检测电眼完成，并随印刷主控单元需求进行调整；纸张喷粉系统，由WEKO公司的喷粉润滑单元完成；烘干箱部分由VITS公司的双区烘干箱实现，通过接受主控的数字输出信号，进行状态动作控制。

所述的主控PLC供电电压为24VDC，内置存储工作区为128KB。可扩展MMC存储卡，且最大可扩展8MB。软件处理速度，按位处理最小0.1μs；按字节处理最小0.2μs；整数运算最小2μs；浮点数运算最小3μs；最大计数器数量256；最大计数器数量256；中间标志区最大2048字节；最大数据块1024块；支持MPI与PROFIBUS-DP通讯方式。

所述的从站控制PLC供电电压为220VAC；数据存储器8192字节；掉电保护100小时；自身带RS485通讯接口，可进行PPI通讯或MODBUS通讯；可配EM277模块，与主控站进行PROFIBUS通讯。所述的研华工控机配置标准的USB口鼠标和键盘；采用了4PCI接口主板；2.6酷睿双核CPU。所述触摸屏为S7-200专用连接的经济型7寸屏，并采用WINCCFLEXIBLE2008版本组态软件进行开发。所述的油墨控制单元为自主研发12路选1型单向小功率交流机控制板卡；每台被控电机均配有1个电位计做位置反馈；并具备多组板卡编码选通与多电机编码选通功能；选通控制由主控台的配套多路选通按键单元实现。电机为2W交流24V电源驱动。每路电机电位计反馈信号电压从0～5VDC。多路选通按键通过89S52单片机构成的传输版，将24路按键进行扫描编码输出，形成5BIT位I/O输入信号。

QTI印刷套印单元，由一台独立的工控机、现场照相机驱动单元、2台高速CCD照相机、主控台参数设定面板构成。工控机内置DOS平台下的信号处理程序，并通过RS485总线与主机进行数据传输。驱动单元安装在设备冷却部分，并接受工控机发出的驱动信号，控制2台高速相机的工作位置。主控面板RGS IV设定相应的偏置参数与分辨率。在工控机接受到主控PLC发出的主印刷速度后，控制相机的拍照速度。两台相机分正反面进行拍照。将所拍摄的4色分别在辊筒轴向与周向上的偏置值经过处理，并最终发送给主控PLC。

QTI裁切套准单元PPC3000，由主控面板与打版电机构成。面板可设定打版电机的位置，并将其位置值发送给主控PLC。

纸张纠偏单元，由E+L公司的DSC控制模块、左右电眼、纠偏机体构成。DCS模块分前中后三组分配，每组均有两台模块组成。第一块为电眼控制模块，第二块为纠偏机体控制模块。电眼通过模块进行位置驱动和回零控制，并根据纸张的大小，进行位置调节。两台电眼所测量的纸张边缘偏置值，将作为调整机构运动参数。由主控接受偏置参数后，自动调节偏置机体位置，进而实现纸张的纠偏校正过程。

WEKO喷粉润滑单元，由主控面板单元与喷粉执行单元构成。喷粉面板可手动、自动进行参数设定，并根据主控PLC发送的印刷速度，自动进行喷粉速度匹配。所述之VITS烘干箱单元，由西门子S5PLC单元、TP270按键式面板、ET200M从站单元、烘干箱体、二次燃烧箱体共同构成。

其主要的控制功能如下：通过从站PLC1对纸架的自动穿纸、自动接纸、印刷纸张张力平衡进行控制，保证纸张的平稳传递与消耗自动续接；通过从站PLC2对前张力的张力输出平衡控制与纸张偏斜纠正进行自动控制；通过从站PLC3～6对4种颜色的印刷单元进行墨量输出进行配置，并对水辊、墨辊、压印辊的离合压进行控制；通过从站PLC7对冷却单元与折页单元的辅助动作进行自动控制，对纸张加热后的冷却与折叠、裁切进行控制；中控台通过工控机与触摸屏，对设备的整体状态进行显示，并可对参数进行直接输入调整。

本发明一个实施例的系统是基于西门子S7-300系列的315-2DP CPU为主控单元、S7-200系列的224CPU为从站控制单元、研华工控机、SMART_LINE700触摸屏、油墨控制单元、套印单元、裁切套准单元、纸张纠偏单元、喷粉润滑单元、烘干箱单元构成。如图1所示，为整机主从控制单元构成。

整机机械功能结构为：纸架单元、前张力单元、4色印刷单元、烘干箱单元、冷却单元、折页机单元。纸架单元将可对印刷过程提供纸张。其主要功能在于自动将纸张通过贯穿设备前后的链条从前到后穿透；并在纸张减小到设定值后，自动更换备用纸卷，使印刷工作得以延续。同时，在整个过程中，纸架通过气动浮动辊进行纸张张力控制，保证纸张在期间平稳的传递。安装在纸架部分的S7-200系列PLC与SMART_LINE700触摸屏，通过自动控制循环程序，完成上诉工作。触摸屏根据所使用的纸张不同，可设定纸张的张力大小、更换纸张直径大小、虚拟接纸操作等。前张力单元将纸架输出的纸张进行了二次张力控制，保证最终进入到印刷单元的纸张张力平稳。且通过纸张纠偏单元，保证了纸张的几何中心位置与设备中轴线的重合。如图6所示，为纠偏功能构成图。该部分其余部分为的S7-200单元将对应的主传动速度、急停状态等传递给张力单元，并进行状态监控控制。印刷单元由四组结构相同的行星辊印刷部分构成。其动作由配置的S7-200系列PLC完成，并将工作状态与参数操作在SMART_LIN700触摸屏显示操作。并将必要的参数，通过PROFIBUS总线进行数据传递。在油墨输出方面，配置了自主研发的油墨控制单元。其主要通过主控台进行油墨色彩选择后，利用多路选通按键，对每种颜色单元上下两面，共44台单向交流机进行位置控制。每组颜色，将对应电机的位置，反馈到中控台的研华工控机，并由显示器输出显示。在研华工控机上配置的CP5611卡，将工控机与主控的PROFIBUS网络连接起来，完成与印刷单元的数据传输工作。如图2所示，为油墨控制单元的结构图。

如图3所示，套印单元由操作面板、工控机、驱动单元、执行电机与CCD照相机共同构成。其中，操作面板将对印刷照相参数进行设定，并根据套印选择区域，控制驱动单元驱动电机到指定位置。CCD照相机根据印刷速度快慢，选择拍摄速度，并将最终的4种颜色的偏差值，发送到各个印刷单元。印刷单元控制相应的套印电机，进行调整。

如图4所示，裁切套准单元由操作面板、电机驱动单元、打版电机构成。其原理与上述套印单元类似。

如图5所示，纸张纠偏单元由布置在设备前、中、后三部分DCS控制模块、两台电眼、纠偏执行单元构成。电眼根据纸张的大小，进行自动回零对准。通过检测纸张边缘的位置，控制纠偏机构进行左右移动，保证纸张的中轴与设备的中轴重合。主控单元将对偏置进行范围检测，如果超出限定范围，则产生纠偏错误报警，并中断印刷过程。

如图6所示，喷粉润滑单元由操作面板、现场控制箱、喷粉头构成。操作面板通过设定的印刷速度，控制喷粉头的喷粉速度，保证裁切后每份印刷品表面不粘连。

如图7所示，烘干箱单元系统构成由西门子S5-135U PLC与ET200M从站单元和TP270操作面板构成。其系统与主控进行数据交互，根据印刷速度，进行烘箱的开启与停止。并将烘干的效果与报警信息传递给主控PLC。由于其采用天燃气燃烧的方式，产生烘干热量。因此，其必须还具备天燃气泄露检测功能。

Claims (2)

1.一种通用型商务轮转式印刷机的控制系统，其特征在于，包括

工控机，用于控制印刷机的纸架单元、前张力与纠偏单元、4色印刷单元、烘干箱单元、冷却单元、折页单元完成印刷过程；所述前张力与纠偏单元包括DSC控制模块、左右电眼、纠偏机体；

主控PLC，用于控制系统的总体数据交换与程序循环；所述主控PLC采用西门子S7-300系列的315-2DP CPU，带16DI与16DO输出模块；

从站控制PLC，用于局部数据处理与程序控制，为多个，与主控PLC通讯连接；所述从站控制PLC利用EM277PROFIBUS通讯模块连接主控PLC，构成PROFIBUS总线下的网络系统；

触摸屏，与工控机连接，用于状态监控与参数输入。

2.根据权利要求1所述的通用型商务轮转式印刷机的控制系统，其特征在于，所述从站控制PLC采用西门子S7-200系列的224CPU。