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(lái)源：
SAY10820凹印機(jī)的放卷機(jī)構(gòu)采用手動(dòng)拼接方式來(lái)完成不停機(jī)的卷材對(duì)接，即當(dāng)一卷卷筒紙將要使用完時(shí)，需要通過(guò)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(dòng)拼接。這種手動(dòng)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(dòng)拼接效果不穩(wěn)定，操作人員對(duì)于拼接的時(shí)機(jī)不易掌握，無(wú)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(guò)早，會(huì)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(guò)晚，則會(huì)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_(kāi)機(jī)會(huì)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(dòng)拼接時(shí)，如果沒(méi)有跟上機(jī)器動(dòng) 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(dòng)拼接功能，提高拼接的穩(wěn)定性及安全性，減少生產(chǎn)過(guò)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(dòng)拼接需要完成以下幾個(gè)動(dòng)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(chǔ)紙架打開(kāi)，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(dòng)拼接按鈕，拼接時(shí)，A軸、B軸全部停轉(zhuǎn)，紙張供應(yīng)靠?jī)?chǔ)紙架收縮來(lái)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。
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(dòng)功能要保留，當(dāng)自動(dòng)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(dòng)拼接。
(2)改造后的自動(dòng)拼接成功率要不低于手動(dòng)拼接成功率，提高或保持現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)效率，減少紙
(3)自動(dòng)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(dòng)拼接的實(shí)現(xiàn)方式
通過(guò)分析手動(dòng)拼接的實(shí)現(xiàn)方式，可以得出要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)給予放卷機(jī)構(gòu)拼接信號(hào)，從而完成自動(dòng)拼接。利用凹印機(jī)的工作特性可以選擇編碼器及接近開(kāi)關(guān)，來(lái)替代人工監(jiān)測(cè)卷筒紙直徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)卷筒紙直徑的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。選擇采用PLC控制判斷拼接時(shí)機(jī)，來(lái)替代操作人員人工按下手動(dòng)拼接按鈕，以實(shí)現(xiàn)拼接的自動(dòng)化控制。
根據(jù)上述分析，采用接近開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)卷筒紙旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間Ts（2個(gè)接近開(kāi)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(cè)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(dòng)壓紙輪周長(zhǎng)為L(zhǎng)0）。從而可以根據(jù)監(jiān)測(cè)得到的Ts和C計(jì)算出卷筒紙的實(shí)時(shí)周長(zhǎng)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(hào)完成自動(dòng)拼接，詳見(jiàn)圖1。
(1)接近開(kāi)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(dòng)監(jiān)測(cè)，選擇型號(hào)為IM12-04NNS的兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)，并分別加裝于放卷機(jī)構(gòu)的A軸、B軸處，據(jù)此來(lái)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(cè)，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)。
為了滿足卷筒紙周長(zhǎng)L 的自動(dòng)監(jiān)測(cè)， 選擇型號(hào)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(dòng)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(dòng)壓紙輪的周長(zhǎng)L0得出卷筒紙實(shí)時(shí)周長(zhǎng)。同時(shí)還可以監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中紙張的速度。
為了實(shí)現(xiàn)SAY10820凹印機(jī)自動(dòng)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(kāi)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(dòng)采集部署。除此之外，我們還增加了觸摸屏（PWS671010T-P）來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。
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(dòng)拼接功能進(jìn)行程序的編制，如圖2，使得自動(dòng)拼接功能能夠有效實(shí)現(xiàn)，并且保留手動(dòng)拼接功能應(yīng)對(duì)特殊需求。
此外，為便于對(duì)拼接進(jìn)度的監(jiān)控，我們?cè)谙到y(tǒng)中加入一個(gè)人機(jī)界面，通過(guò)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(guò)人機(jī)界面內(nèi)的虛擬按鈕手動(dòng)拼接功能滿足特殊生產(chǎn)需求。
通過(guò)對(duì)拼接系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)了放卷機(jī)構(gòu)自動(dòng)拼接功能，此次成功改造大大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短勞動(dòng)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(guò)一年多的穩(wěn)定使用，證實(shí)此次自動(dòng)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(dòng)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(wèn)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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