改造凹印機的拼接系統，竟然收到了意想不到的效果
時間：2022-02-18 來源：

SAY10820凹印機的放卷機構采用手動拼接方式來完成不停機的卷材對接，即當一卷卷筒紙將要使用完時，需要通過人工監視卷筒紙的消耗情況，然后根據經驗在合適的時機按下拼接按鈕進行手動拼接。這種手動拼接方式存在以下缺點：

①操作人員需要持續關注卷筒紙的消耗情況，并在卷筒紙消耗到一定程度時就要守在放卷機構旁，在拼接前幾分鐘需要操作人員精神高度集中；

②手動拼接效果不穩定，操作人員對于拼接的時機不易掌握，無法保證每次拼接都在同一時機下進行。時機選擇過早，會造成卷筒紙余量較多，從而導致紙張浪費；時機選擇過晚，則會存在拼接失敗斷紙停機的風險。凹印機斷紙后重新接紙再開機會造成極大的原輔材料浪費（包括紙張、油墨、溶劑）和生產延誤；

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

因此，非常有必要給SAY10820凹印機拼接系統增加自動拼接功能，提高拼接的穩定性及安全性，減少生產過程中的原輔材料浪費。

原設備的拼接實現方式

SAY10820凹印機放卷機構實現手動拼接需要完成以下幾個動作（以A軸拼接到B軸為例）。首先，放卷機構進行拼接準備，儲紙架打開，將B軸的卷筒紙預裝到待拼接狀態；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，A軸、B軸全部停轉，紙張供應靠儲紙架收縮來實現。此時，完成兩軸紙張拼接，實現不停機換卷。

改造方案

改造的總體要求

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

(1)原有手動功能要保留，當自動拼接功能出現故障或有特殊生產需求時，可直接進行手動拼接。

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

張浪費。

(3)自動拼接的卷筒紙拼接直徑值可進行調整設置，以適應不同廠家、品牌的卷筒紙芯。

自動拼接的實現方式

通過分析手動拼接的實現方式，可以得出要實現自動拼接，必須用傳感器取代人工肉眼監視卷筒紙直徑，并在直徑合適的情況下自動給予放卷機構拼接信號，從而完成自動拼接。利用凹印機的工作特性可以選擇編碼器及接近開關，來替代人工監測卷筒紙直徑，進而實現卷筒紙直徑的自動監測。選擇采用PLC控制判斷拼接時機，來替代操作人員人工按下手動拼接按鈕，以實現拼接的自動化控制。

根據上述分析，采用接近開關監測卷筒紙旋轉一周的時間Ts（2個接近開關，分別安裝在A軸、B軸）。采用編碼器及PLC的高速計數器，監測紙芯軸旋轉一周Ts的時間內的脈沖個數C（編碼器分辨率為R，即編碼器旋轉一圈產生R個脈沖，配套安裝從動壓紙輪周長為L0）。從而可以根據監測得到的Ts和C計算出卷筒紙的實時周長L（L=C/R×L0）和凹印機的線速度V（V=L/Ts），利用公式d=L/π算出直徑，當卷筒紙當前直徑達到設置好的拼接直徑值時，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)接近開關的選擇與安裝為了滿足A軸、B軸的旋轉周期Ts及A軸、B軸的工作狀態的自動監測，選擇型號為IM12-04NNS的兩個接近開關，并分別加裝于放卷機構的A軸、B軸處，據此來計算紙芯軸旋轉一周所需時間Ts，同時完成A軸、B軸的工作狀態的監測，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。

(2)編碼器的選擇與安裝

為了滿足卷筒紙周長L 的自動監測，選擇型號為BAUMERGI332.170C331的編碼器（R=3600，即編碼器旋轉一圈產生3600個脈沖），并與從動壓紙輪配套安裝在放卷機構控制面板上方的導紙輥圖1接線圖處，根據編碼器旋轉一圈產生3600個脈沖、卷筒紙一個周期Ts內產生的脈沖數C，及從動壓紙輪的周長L0得出卷筒紙實時周長。同時還可以監測設備運行過程中紙張的速度。

(3)PLC的選擇與安裝

為了實現SAY10820凹印機自動拼接控制功能，以及統一公司的PLC設備，我們選擇三菱FX3U-64MR/ES-A，并在凹印機設備放卷機構處加裝了三菱PLC及開關電源。完成了上述主要硬件的加裝后，就基本實現了底層數據自動采集部署。除此之外，我們還增加了觸摸屏（PWS671010T-P）來實現人機交互。

軟件設計

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