摘 要：本文介紹了使用AX71中型PLC與英威騰伺服、觸摸屏全套產(chǎn)品在自動橢圓絲網(wǎng)印花機上的應用。以其完整支持 IEC61131-3 編程體系、支持 EtherCAT 現(xiàn)場實時總線、CANOPEN總線、齒輪同步控制功能等優(yōu)點，提高了印花機的生產(chǎn)速度、印刷精準度，降低了PLC程序的維護難度。

　　1 項目背景

　　當今世界不斷增長的世界人口數(shù)量、不同族群間的不同文化需求，以及對彰顯個人性格色彩產(chǎn)品的期待，種種因素為現(xiàn)階段服裝生產(chǎn)行業(yè)帶來了機遇與挑戰(zhàn)。如何快速響應市場不斷變化的需求，如何在大量同質化服裝產(chǎn)品中脫穎而出，是服裝生產(chǎn)企業(yè)時刻需要思考的問題。

　　從歷史演變的規(guī)律來看，生產(chǎn)企業(yè)能夠在激烈競爭的環(huán)境中生存并且發(fā)展的最為核心的要素是提升企業(yè)的生產(chǎn)效率。

　　在工業(yè)4.0即將來臨的時代，生產(chǎn)設備智能化、自動化是必然趨勢，訂單式生產(chǎn)未來可期，英威騰作為值得信賴的工控與能效解決方案提供商，在紡織行業(yè)深耕多年，為多種紡織行業(yè)生產(chǎn)設備提供高效的、易維護的自動化電氣方案，是OEM廠商及生產(chǎn)廠商值得信賴的合作伙伴。本文即英威騰針對橢圓形印花機設備推出的以AX系列可編程控制器為控制核心的系統(tǒng)解決方案，可有效提升客戶生產(chǎn)效率。

　　橢圓形印花機主要針對服裝類的圖案印刷，適用于各類印花材料如膠漿、水漿、油墨等，具備實現(xiàn)多色圖案一次性印刷完成的特點，相比圓形轉盤機操作更為靈活，套色可分兩條線生產(chǎn)，產(chǎn)量得以提高。

　　2 橢圓絲網(wǎng)印刷機介紹

　　橢圓絲網(wǎng)印刷機設備的工作原理如圖1所示。

圖1橢圓絲網(wǎng)印刷機工作原理圖

　　橢圓印花機各部分控制工藝如下：

　　旋轉主軸：視機器花色及結構大小，主軸由一個或兩個伺服組成，用于機器臺板(載具)轉動移位，若用兩個伺服，則兩個伺服轉動時需要進行齒輪同步。

　　定位：當旋轉主軸到位后，將臺板用定位氣缸頂住，鎖緊位置防止刮印時臺板晃動，影響刮印效果;主軸到位且刮印工位完成刮印時，如需繼續(xù)轉動臺板刮印，則定位打開，全部打開成功后，主軸可旋轉轉動。

　　刮印機頭：主軸到位，定位鎖緊后，刮印機頭升降部分下降，下降到位后，刮刀(以刮刀停在外側為例)下降，回墨刀上升，雙刀均到位后，印刷軸開始從外限位往內(nèi)移動，當感應到內(nèi)限位之后，印刷軸停止，雙刀切換位置，即刮刀上升回墨刀下降，雙刀切換到位后，印刷軸開始從內(nèi)限位往外移動，當移動到外限位時，印刷軸停止，單次印刷結束。具體工藝需求可設定刮印次數(shù)、印刷軸內(nèi)外移動速度，實現(xiàn)多次印刷及不同的刮印和回墨速度。

　　橢圓絲網(wǎng)印刷機設備的工藝特點包括：

　　? 可實現(xiàn)1-N色印刷，一般在30色以下;

　　? 單個工位實現(xiàn)單一色彩的單次或多次印刷;

　　? 行業(yè)平均生產(chǎn)效率為小時產(chǎn)量500件以上;

　　? 機頭參數(shù)設定要求通過HMI或物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)統(tǒng)一設定。

　　3 傳統(tǒng)方案：一主多從

　　市場傳統(tǒng)方案的特點是一主多從，以一個控制器作為主站，多個控制器做從站，從站采用脈沖控制方式控制兩個工位的伺服驅動器，主站控制兩臺主軸伺服驅動器?？刂破鞑捎靡恢鞫鄰南到y(tǒng)架構的方式，控制系統(tǒng)的實時性。主控制器通過脈沖控制兩臺主軸伺服，實現(xiàn)兩軸同步運動。

　　一個從控制器控制兩個絲印機頭，從控制器的數(shù)量為N/2，N為機頭數(shù)量。所有網(wǎng)印伺服驅動器采用脈沖控制模式，降低系統(tǒng)采購成本。

　　HMI采用Modbus RTU協(xié)議與主控制器通訊或者采用Modbus TCP協(xié)議通過交換機與主從控制器通訊。

圖2 傳統(tǒng)方案系統(tǒng)圖

　　4 英威騰創(chuàng)新方案：去繁就簡，精益生產(chǎn)

　　4.1 方案一

　　該方案采用一臺AX71系列控制器與多個遠程擴展模塊構成控制系統(tǒng)，采用EtherCAT通訊總線控制所有伺服系統(tǒng)。

　　? 通過EtherCAT通訊總線實現(xiàn)控制器對遠程擴展模塊及伺服系統(tǒng)的實時控制;

　　? 采用DA200伺服驅動器，最大轉速3000轉，2500轉速度模式下剎車距離控制在10cm以內(nèi);

　　? 兩個主軸采用電子齒輪運動控制功能實現(xiàn)同步，啟動過程平穩(wěn)及停止位置精準;

　　? 采用英威騰定制化云服務，實現(xiàn)遠程鎖機、程序下載、控制命令等遠程控制功能。

圖3 英威騰創(chuàng)新方案一系統(tǒng)圖

　　4.2 方案二

　　該方案采用一臺AX71系列控制器與多個遠程擴展模塊構成控制系統(tǒng)，采用CANopen通訊總線控制網(wǎng)印伺服以及EtherCAT通訊總線控制主軸伺服。

　　? 通過EtherCAT通訊總線實現(xiàn)控制器對遠程擴展模塊及DA200主軸伺服系統(tǒng)的實時控制;

　　? 采用DA180伺服驅動器，最大轉速3000轉，2500轉速度模式下剎車距離控制在10cm以內(nèi)(伺服接入網(wǎng)印到位信號);

　　? 兩個主軸采用電子齒輪運動控制功能實現(xiàn)同步，啟動過程平穩(wěn)及停止位置精準;

　　? 采用英威騰定制化云服務，實現(xiàn)遠程鎖機、程序下載、控制命令等遠程控制功能。

圖4 英威騰創(chuàng)新方案二系統(tǒng)圖

　　4.3 方案配置表(見表1)

表1方案配置表(注釋：上表中”N“表示花色數(shù))

　　5 方案優(yōu)勢

　　對比傳統(tǒng)方案采用多個控制器構成控制系統(tǒng)，編程調試非常繁瑣，以及采用Modbus通訊協(xié)議連接主從控制器存在通訊效率低以及抗干擾能力弱的問題。

　　英威騰創(chuàng)新方案具有如下特點：

　　1、控制系統(tǒng)采用一臺AX71控制器極大簡化程序編寫調試過程，同時在遠程程序更新及設置參數(shù)的操作上也更具優(yōu)勢;

　　2、采用EtherCAT通訊方案基于以太網(wǎng)的工業(yè)現(xiàn)場總線具備100Mbit/S通訊速度及較強的抗干擾能力，可以顯著提升系統(tǒng)穩(wěn)定性;

　　3、提供的EtherCAT與CANopen伺服方案接線簡單，響應速度快，檢測到限位信號后剎車距離低于傳統(tǒng)方案;

　　4、AX71控制器提供豐富的運動控制功能塊，保證主軸的實時同步性與網(wǎng)印軸柔性控制，具備簡易編程的用戶體驗。

　　6 現(xiàn)場應用以及設備外觀圖片

圖5 現(xiàn)場應用圖

　　7 結束語

　　英威騰系統(tǒng)方案采用AX71控制器的EtherCAT與CANopen總線通訊方式，電子齒輪同步控制旋轉主軸，在可控的伺服加減速時間內(nèi)，有效地控制電機的剎車距離，減少了刮印過程中漿料的飛濺。同時，系統(tǒng)采用擁有32點輸入、32點輸出的遠程IO擴展模塊AE2420，極大地減少了遠程模塊的數(shù)量和從控制器的使用，為客戶降低了電氣成本，AE2420模塊插拔式的接線端子還簡化了接線的繁瑣度。