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1.引言

票據是印刷機行業(yè)中一種常用的機型，對機器的控制精度，伺服的響應時(shí)間都有很高的要求，以前主要靠進(jìn)口，成本投資比較大。近年來(lái)，隨著(zhù)（PLC）在通訊功能和高速計數以及脈沖輸出功能的日益完善，性能日益提升，使得PLC＋伺服＋變頻器＋組成的整個(gè)系統在印刷機上應用成為可能。國內眾多的廠(chǎng)家都相繼開(kāi)發(fā)出各自的票據印刷機械，繁榮了國內的印刷機市場(chǎng)，有力的抵制了國外品牌的入侵，鞏固了國產(chǎn)印刷機的市場(chǎng)地位，并在性能上日益得到完善。煙臺某印刷機械生產(chǎn)廠(chǎng)家委托上海某廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)的基于西門(mén)子S7-200器＋松下伺服＋海泰克觸摸屏＋臺安變頻器的系統解決方案以其低廉的成本，穩定的系統配置贏(yíng)得了客戶(hù)的青睞，取得了良好的業(yè)績(jì)，但也存在諸多的問(wèn)題，如系統調試周期時(shí)間長(cháng)，印刷速度低，改變轉速必須停機斷電等缺陷，在此不一一細表，后文有敘。應客戶(hù)要求，經(jīng)過(guò)本人分析探討，最后確立了基于的整體解決方案，以減少和改進(jìn)原系統的缺陷，提升機器的性能。

2.控制過(guò)程及存在問(wèn)題

2.1 原先票據印刷機的控制過(guò)程

原先票據印刷機的控制過(guò)程是這樣的：由一臺主電機拖動(dòng)印刷機的兩個(gè)滾筒（兩個(gè)滾筒可印刷兩種顏色）單方向旋轉，主電機采用變頻器進(jìn)行寬范圍調速，主電機軸上裝有旋轉編碼器用來(lái)測算主軸電機的速度；由一個(gè)電磁鐵來(lái)控制滾筒的離壓和合壓。在合壓情況下，滾筒壓緊票據進(jìn)行印刷；采用伺服控制進(jìn)給紙速度，以便使伺服電機的線(xiàn)速度和主軸電機的線(xiàn)速度保持一致，由于是兩個(gè)滾筒，它們之間可能存在速度上的差別，所以采用兩套伺服。當伺服電機的速度大于主軸電機的速度時(shí)，合壓后將會(huì )在滾筒和伺服電機之間堆紙，當伺服電機的速度小于主軸電機的速度時(shí)，合壓后紙張將被扯斷，以上兩種情況在系統正常工作過(guò)程中都是不允許的，即伺服電機的速度必須保持和主軸電機高度一致。系統工作之前首先啟動(dòng)變頻器，待變頻器速度穩定后按下印刷按鈕，伺服電機開(kāi)始旋轉，此時(shí)合壓電磁閥不合壓，等旋轉編碼器的第一個(gè)Z相信號到來(lái)，立即合壓，開(kāi)始印刷。印刷過(guò)程如下：首先在觸摸屏上設定紙張的尺寸，在每一個(gè)Z相信號到來(lái)之后，伺服立即正向旋轉設定尺寸＋2英寸的距離，隨后反向旋轉2英寸，以保證紙張長(cháng)度和張力平衡。要想停機，按下停止按鈕，本張紙走完立即停止伺服電機的運轉。

此外還要求：一、即使在走紙過(guò)程中突然停電，來(lái)電后要能繼續走完這張紙。二、由于是印刷機械，對印刷精度要求很高，兩張紙的印刷起點(diǎn)必須一致，即PLC必須用中斷來(lái)控制伺服系統，否則可導致兩張紙的印刷起點(diǎn)不同，原因是PLC循環(huán)掃描時(shí)間造成的。三、系統還要求能在走紙過(guò)程中（伺服系統運轉中）能實(shí)現紙張的前后移動(dòng)，即稍微變化一下紙張的位置，以使印刷更完美。選擇伺服系統電機的線(xiàn)數：由于印刷的紙張可以設定為，單位是英寸，為保證精度，必須固定伺服系統，即固定伺服系統的每轉給定脈沖數，通過(guò)比較判斷，我確定伺服系統每轉脈沖數為* 000個(gè)，原因如下：因為伺服系統每轉是* 英寸，0.001英寸則是1個(gè)脈沖，所以在每轉設定* 000個(gè)脈沖時(shí)，系統能精確到0.001英寸，如設定為0.000* ，則每進(jìn)給一張紙差0.* 個(gè)脈沖，會(huì )嚴重影響紙張的印刷精度，走紙越多差別越大。如設定每轉脈沖為10000，雖可以更精確，但PLC需要更高的脈沖輸出頻率。由于固定了伺服系統的線(xiàn)數，要想提高系統的速度，只能提高PLC脈沖輸出的頻率，否則紙張設定精度就會(huì )變低，這是不允許的。

整個(gè)系統要有手動(dòng)、自動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)以及報警功能，要便于維護，觸摸屏界面要求美觀(guān)實(shí)用。

2.2 西門(mén)子S7-200 PLC主要存在的問(wèn)題

原先采用西門(mén)子S7-200 PLC主要存在以下問(wèn)題：（1）S7-200 PLC脈沖輸出速率低，最大頻率不到* 0kHz，使得印刷機的效率低，每小時(shí)只能達到五六千張。而且因為西門(mén)子PLC速度太低，導致伺服系統不能有更高的分辨率（松下伺服為每轉2000個(gè)脈沖），導致紙張印刷精度只有0.00* ，比改造后系統的最高設定紙張精度差了* 倍。（2）在正常印刷過(guò)程中，調整變頻器速度必須首先停機，再改變變頻器的速度，然后斷電重新上電后方可正常運行。（* ）系統速度計算誤差較大，使得單機調試時(shí)間拉長(cháng)，影響設備的出廠(chǎng)時(shí)間。（* ）停機不夠人性化，即停機之前印刷的那一張因為可能沒(méi)有進(jìn)給完成造成紙張廢掉。

* .改造選型

接手這個(gè)項目后，立即展開(kāi)工作，在分析了原系統的特點(diǎn)并且為以后升級留下一定的余地的前提下，決定選用OMRON高性?xún)r(jià)比的CP1H-X* 0CDT機型。該PLC配備了* 0個(gè)I/O點(diǎn)，其中2* 輸入，1* 點(diǎn)輸出，擁有2路雙向100kHz的高速計數器輸入，2路雙向* 0KHZ的高速計數器輸入，* 路雙向100kHz的高速脈沖輸出，不僅能滿(mǎn)足當前伺服電機的要求，還為以后四色印刷機的開(kāi)發(fā)留下了足夠的空間，使后續開(kāi)發(fā)工作變得簡(jiǎn)單。

（1）確立了PLC的型號后，根據主軸電機的要求選擇伺服系統，比較了多家的伺服系統，最后選擇了OMRON的SMARTSTEP W伺服系統。該伺服系統簡(jiǎn)便易調，特別是在線(xiàn)自動(dòng)調整功能，方便調試，而且最重要的是啟動(dòng)時(shí)間短，響應快。

（2）主軸電機由于需要調速，而且是三相異步，從節能和可靠及經(jīng)濟性說(shuō)只能通過(guò)變頻調速，選用OMRON的* G* MV系列1.* kW變頻器。該變頻器具有通訊功能，支持OMRON的功能塊和MODBUS-RTU功能，具有PID調節功能，性?xún)r(jià)比比較高。

（* ）印刷機原先用按鈕指示燈和觸摸屏進(jìn)行操作，直觀(guān)性差，不美觀(guān)，應用戶(hù)要求，我們?yōu)槠渑鋫淞薕MRON的NT* Z的黑白觸摸屏作為人機界面。這樣，基于OMRON的PLC（CP1H）＋伺服（W）＋觸摸屏（NT* Z）＋變頻器（* G* MV）的整個(gè)系統解決方案出臺。

* .系統特點(diǎn)

OMRON的這個(gè)系統解決方案克服了西門(mén)子S7-200的上述缺點(diǎn)：

（1）OMRONPLC的脈沖輸出速率達到100kHz，速度是西門(mén)子S7-200的10倍，完全滿(mǎn)足了用戶(hù)提速的要求，極大的提高了印刷機的速度;

（2）OMRON的變頻調速是用PLC功能塊通過(guò)通訊做的，不需要停機后再開(kāi)機，因而解決了上述的第二個(gè)問(wèn)題。也可以通過(guò)MODBUS-RTU功能，亦可方便的進(jìn)行通信;

（* ）整個(gè)系統全部采用OMRON的控制產(chǎn)品，調試簡(jiǎn)便,硬件和軟件的兼容性好; （* ）OMRON PLC的高速計數器當前值的讀取是直接讀取的，在程序中直接利用高速計數器PV中斷編程，來(lái)控制紙張的進(jìn)給，完全可以準確定位并在按下停機按鈕后走完最后一張再停機，使設計更加人性化;

（* ）在線(xiàn)紙張自動(dòng)調整功能的實(shí)現。因為整個(gè)走紙過(guò)程是先正轉，并且多轉2英寸，所以可以通過(guò)減少反轉的脈沖個(gè)數實(shí)現在線(xiàn)位置調整，每次反轉后，都把反轉尺寸重新設定會(huì )原值。

* .系統結構、電路圖及編程

（1）系統利用CP1H作為主控制器，CP1H上面安裝兩個(gè)通訊接口，一個(gè)是RS2* 2,另一個(gè)是RS,PLC通過(guò)2* 2端口與觸摸屏進(jìn)行通訊，通過(guò)* * * 與變頻器進(jìn)行通訊，PLC上還有一個(gè)USB接口，用作編程和監控用，PLC的脈沖輸出直接給伺服驅動(dòng)器，控制伺服電機。

（2）地址分配

地址分配如附表所示，電路圖省略。

說(shuō)明：程序中用到三路高速計數器，高速計數器0用來(lái)測量主軸的速度，高速計數器1用來(lái)測量主軸的Z相信號并產(chǎn)生中斷的，高速計數器2用來(lái)顯示主軸的位置，用來(lái)調整機械滾筒的位置，為廠(chǎng)。其他文章中沒(méi)有介紹的信號和輸出為一般開(kāi)關(guān)量，比較簡(jiǎn)單，不再進(jìn)行描述。附表 地址分配表

（* ）PLC編程

PLC編程包括：速度轉換、功能塊通訊、PLC端口的設置：PLC端口1設為NT LINK、以便與觸摸屏通訊，端口2設為串行通訊，以與變頻器通訊。圖2示出PLC編程界面，圖* 示出速度轉換梯形圖，圖* 示出通訊梯形圖。

* .調試概要

印刷機調試主要是進(jìn)給紙速度調試以及觸摸屏各種顯示信息的調試，理論上計算的速度并不一定完全適合現實(shí)生產(chǎn)，因而需要對速度進(jìn)行現場(chǎng)調節，以便使機器達到最佳性能。PLC方面的主要調試是功能塊的通訊，使其能夠滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求。

7.結束語(yǔ)

實(shí)踐證明：采用OMRONPLC+觸摸屏＋伺服系統＋變頻器的印刷機系統解決方案是完全可行的，該方案造價(jià)低廉，系統穩定可靠，界面美觀(guān)友好，功能齊全，通過(guò)觸摸屏的操作即可在生產(chǎn)過(guò)程中加減速，以及查看報警，便于維護設備，因而增加了系統的靈活性，該系統開(kāi)發(fā)成功后，受到了客戶(hù)的一致好評，具有較大的市場(chǎng)推廣價(jià)值。

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