改造凹印機(jī)的拼接系統(tǒng)，竟然收到了意想不到的效果
時(shí)間：2022-02-18 來源：

SAY10820凹印機(jī)的放卷機(jī)構(gòu)采用手動拼接方式來完成不停機(jī)的卷材對接，即當(dāng)一卷卷筒紙將要使用完時(shí)，需要通過人工監(jiān)視卷筒紙的消耗情況，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在合適的時(shí)機(jī)按下拼接按鈕進(jìn)行手動拼接。這種手動拼接方式存在以下缺點(diǎn)：

①操作人員需要持續(xù)關(guān)注卷筒紙的消耗情況，并在卷筒紙消耗到一定程度時(shí)就要守在放卷機(jī)構(gòu)旁，在拼接前幾分鐘需要操作人員精神高度集中；

②手動拼接效果不穩(wěn)定，操作人員對于拼接的時(shí)機(jī)不易掌握，無法保證每次拼接都在同一時(shí)機(jī)下進(jìn)行。時(shí)機(jī)選擇過早，會造成卷筒紙余量較多，從而導(dǎo)致紙張浪費(fèi)；時(shí)機(jī)選擇過晚，則會存在拼接失敗斷紙停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。凹印機(jī)斷紙后重新接紙?jiān)匍_機(jī)會造成極大的原輔材料浪費(fèi)（包括紙張、油墨、溶劑）和生產(chǎn)延誤；

③操作人員進(jìn)行手動拼接時(shí)，如果沒有跟上機(jī)器動作容易造成機(jī)械傷害，存在一定的安全隱患。

因此，非常有必要給SAY10820凹印機(jī)拼接系統(tǒng)增加自動拼接功能，提高拼接的穩(wěn)定性及安全性，減少生產(chǎn)過程中的原輔材料浪費(fèi)。

原設(shè)備的拼接實(shí)現(xiàn)方式

SAY10820凹印機(jī)放卷機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手動拼接需要完成以下幾個(gè)動作（以A軸拼接到B軸為例）。首先，放卷機(jī)構(gòu)進(jìn)行拼接準(zhǔn)備，儲紙架打開，將B軸的卷筒紙預(yù)裝到待拼接狀態(tài)；然后，操作人員觀察等待A軸卷筒紙消耗到合適水平（參照卷筒紙直徑大小），人工按下手動拼接按鈕，拼接時(shí)，A軸、B軸全部停轉(zhuǎn)，紙張供應(yīng)靠儲紙架收縮來實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，完成兩軸紙張拼接，實(shí)現(xiàn)不停機(jī)換卷。

改造方案

改造的總體要求

為了改造后能夠保障凹印機(jī)的生產(chǎn)效率，以及滿足凹印機(jī)在不同情況下的生產(chǎn)需求，提出了以下要求：

(1)原有手動功能要保留，當(dāng)自動拼接功能出現(xiàn)故障或有特殊生產(chǎn)需求時(shí)，可直接進(jìn)行手動拼接。

(2)改造后的自動拼接成功率要不低于手動拼接成功率，提高或保持現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)效率，減少紙

張浪費(fèi)。

(3)自動拼接的卷筒紙拼接直徑值可進(jìn)行調(diào)整設(shè)置，以適應(yīng)不同廠家、品牌的卷筒紙芯。

自動拼接的實(shí)現(xiàn)方式

通過分析手動拼接的實(shí)現(xiàn)方式，可以得出要實(shí)現(xiàn)自動拼接，必須用傳感器取代人工肉眼監(jiān)視卷筒紙直徑，并在直徑合適的情況下自動給予放卷機(jī)構(gòu)拼接信號，從而完成自動拼接。利用凹印機(jī)的工作特性可以選擇編碼器及接近開關(guān)，來替代人工監(jiān)測卷筒紙直徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)卷筒紙直徑的自動監(jiān)測。選擇采用PLC控制判斷拼接時(shí)機(jī)，來替代操作人員人工按下手動拼接按鈕，以實(shí)現(xiàn)拼接的自動化控制。

根據(jù)上述分析，采用接近開關(guān)監(jiān)測卷筒紙旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間Ts（2個(gè)接近開關(guān)，分別安裝在A軸、B軸）。采用編碼器及PLC的高速計(jì)數(shù)器，監(jiān)測紙芯軸旋轉(zhuǎn)一周Ts的時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)C（編碼器分辨率為R，即編碼器旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生R個(gè)脈沖，配套安裝從動壓紙輪周長為L0）。從而可以根據(jù)監(jiān)測得到的Ts和C計(jì)算出卷筒紙的實(shí)時(shí)周長L（L=C/R×L0）和凹印機(jī)的線速度V（V=L/Ts），利用公式d=L/π算出直徑，當(dāng)卷筒紙當(dāng)前直徑達(dá)到設(shè)置好的拼接直徑值時(shí)，由PLC輸出拼接信號完成自動拼接，詳見圖1。

圖1 接線圖

硬件選擇及安裝

(1)接近開關(guān)的選擇與安裝為了滿足A軸、B軸的旋轉(zhuǎn)周期Ts及A軸、B軸的工作狀態(tài)的自動監(jiān)測，選擇型號為IM12-04NNS的兩個(gè)接近開關(guān)，并分別加裝于放卷機(jī)構(gòu)的A軸、B軸處，據(jù)此來計(jì)算紙芯軸旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間Ts，同時(shí)完成A軸、B軸的工作狀態(tài)的監(jiān)測，以及為下一步選擇A軸卷筒紙拼接到B軸，還是B軸卷筒紙拼接到A軸打好基礎(chǔ)。

(2)編碼器的選擇與安裝

為了滿足卷筒紙周長L 的自動監(jiān)測，選擇型號為BAUMERGI332.170C331的編碼器（R=3600，即編碼器旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生3600個(gè)脈沖），并與從動壓紙輪配套安裝在放卷機(jī)構(gòu)控制面板上方的導(dǎo)紙輥圖1接線圖處，根據(jù)編碼器旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生3600個(gè)脈沖、卷筒紙一個(gè)周期Ts內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)C，及從動壓紙輪的周長L0得出卷筒紙實(shí)時(shí)周長。同時(shí)還可以監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行過程中紙張的速度。

(3)PLC的選擇與安裝

為了實(shí)現(xiàn)SAY10820凹印機(jī)自動拼接控制功能，以及統(tǒng)一公司的PLC設(shè)備，我們選擇三菱FX3U-64MR/ES-A，并在凹印機(jī)設(shè)備放卷機(jī)構(gòu)處加裝了三菱PLC及開關(guān)電源。完成了上述主要硬件的加裝后，就基本實(shí)現(xiàn)了底層數(shù)據(jù)自動采集部署。除此之外，我們還增加了觸摸屏（PWS671010T-P）來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

軟件設(shè)計(jì)

硬件只是底層支持，軟件才是功能實(shí)現(xiàn)的靈魂，我們根據(jù)改造所需實(shí)現(xiàn)的自動拼接功能進(jìn)行程序的編制，如圖2，使得自動拼接功能能夠有效實(shí)現(xiàn)，并且保留手動拼接功能應(yīng)對特殊需求。

圖2 自動拼接流程圖

此外，為便于對拼接進(jìn)度的監(jiān)控，我們在系統(tǒng)中加入一個(gè)人機(jī)界面，通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，其不僅能實(shí)時(shí)監(jiān)控卷筒紙直徑情況，還能修改拼接直徑，更能通過人機(jī)界面內(nèi)的虛擬按鈕手動拼接功能滿足特殊生產(chǎn)需求。

改造后的成效

通過對拼接系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)了放卷機(jī)構(gòu)自動拼接功能，此次成功改造大大減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度，縮短勞動時(shí)間，降低紙張浪費(fèi)，節(jié)約公司原輔料成本。操作成功率高達(dá)100%，完全避免了因操作人員操作失誤引起的拼接失敗。經(jīng)過一年多的穩(wěn)定使用，證實(shí)此次自動拼接改造圓滿成功。

本次改造花費(fèi)不多，提高了凹印機(jī)自動化程度，增強(qiáng)了拼接穩(wěn)定性及安全性，減少了原輔材料浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本，成效顯著，有相似問題的廠家可參考應(yīng)用。

作者：龍巖鑫達(dá)彩印有限公司鄭淼

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