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改造凹印机的拼接系统，竟然收到了意想不到的效果

时间：2022-02-18 来源：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
SAY10820凹印机的放卷机构采用手动拼接方式来完成不停机的卷材对接，即当一卷卷筒纸将要使用完时，需要通过人工监视卷筒纸的消耗情况，然后根据经验在合适的时机按下拼接按钮进行手动拼接。这种手动拼接方式存在以下缺点：
 
①操作人员需要持续关注卷筒纸的消耗情况，并在卷筒纸消耗到一定程度时就要守在放卷机构旁，在拼接前几分钟需要操作人员精神高度集中；
 
②手动拼接效果不稳定，操作人员对于拼接的时机不易掌握，无法保证每次拼接都在同一时机下进行。时机选择过早，会造成卷筒纸余量较多，从而导致纸张浪费；时机选择过晚，则会存在拼接失败断纸停机的风险。凹印机断纸后重新接纸再开机会造成极大的原辅材料浪费（包括纸张、油墨、溶剂）和生产延误；
 
③操作人员进行手动拼接时，如果没有跟上机器动  作容易造成机械伤害，存在一定的安全隐患。
 

因此，非常有必要给SAY10820凹印机拼接系统增加自动拼接功能，提高拼接的稳定性及安全性，减少生产过程中的原辅材料浪费。

原设备的拼接实现方式

 
SAY10820凹印机放卷机构实现手动拼接需要完成以下几个动作（以A轴拼接到B轴为例）。首先，放卷机构进行拼接准备，储纸架打开，将B轴的卷筒纸预装到待拼接状态；然后，操作人员观察等待A轴卷筒纸消耗到合适水平（参照卷筒纸直径大小），人工按下手动拼接按钮，拼接时，A轴、B轴全部停转，纸张供应靠储纸架收缩来实现。此时，完成两轴纸张拼接，实现不停机换卷。
 
改造方案

改造的总体要求

为了改造后能够保障凹印机的生产效率，以及满足凹印机在不同情况下的生产需求，提出了以下要求：
 
(1)原有手动功能要保留，当自动拼接功能出现故障或有特殊生产需求时，可直接进行手动拼接。
 
(2)改造后的自动拼接成功率要不低于手动拼接成功率，提高或保持现有设备生产效率，减少纸
张浪费。
 
(3)自动拼接的卷筒纸拼接直径值可进行调整设置，以适应不同厂家、品牌的卷筒纸芯。

 

自动拼接的实现方式
通过分析手动拼接的实现方式，可以得出要实现自动拼接，必须用传感器取代人工肉眼监视卷筒纸直径，并在直径合适的情况下自动给予放卷机构拼接信号，从而完成自动拼接。利用凹印机的工作特性可以选择编码器及接近开关，来替代人工监测卷筒纸直径，进而实现卷筒纸直径的自动监测。选择采用PLC控制判断拼接时机，来替代操作人员人工按下手动拼接按钮，以实现拼接的自动化控制。
 
根据上述分析，采用接近开关监测卷筒纸旋转一周的时间Ts（2个接近开关，分别安装在A轴、B轴）。采用编码器及PLC的高速计数器，监测纸芯轴旋转一周Ts的时间内的脉冲个数C（编码器分辨率为R，即编码器旋转一圈产生R个脉冲， 配套安装从动压纸轮周长为L0）。从而可以根据监测得到的Ts和C计算出卷筒纸的实时周长L（L=C/R×L0）和凹印机的线速度V（V=L/Ts），利用公式d=L/π算出直径，当卷筒纸当前直径达到设置好的拼接直径值时，由PLC输出拼接信号完成自动拼接，详见图1。
 
图1 接线图

 

硬件选择及安装

(1)接近开关的选择与安装为了满足A轴、B轴的旋转周期Ts及A轴、B轴的工作状态的自动监测，选择型号为IM12-04NNS的两个接近开关，并分别加装于放卷机构的A轴、B轴处，据此来计算纸芯轴旋转一周所需时间Ts，同时完成A轴、B轴的工作状态的监测，以及为下一步选择A轴卷筒纸拼接到B轴，还是B轴卷筒纸拼接到A轴打好基础。
 
(2)编码器的选择与安装
 
为了满足卷筒纸周长L 的自动监测， 选择型号为BAUMERGI332.170C331的编码器（R=3600，即编码器旋转一圈产生3600个脉冲），并与从动压纸轮配套安装在放卷机构控制面板上方的导纸辊图1接线图处，根据编码器旋转一圈产生3600个脉冲、卷筒纸一个周期Ts内产生的脉冲数C，及从动压纸轮的周长L0得出卷筒纸实时周长。同时还可以监测设备运行过程中纸张的速度。
 
(3)PLC的选择与安装
 
为了实现SAY10820凹印机自动拼接控制功能，以及统一公司的PLC设备，我们选择三菱FX3U-64MR/ES-A，并在凹印机设备放卷机构处加装了三菱PLC及开关电源。完成了上述主要硬件的加装后，就基本实现了底层数据自动采集部署。除此之外，我们还增加了触摸屏（PWS671010T-P）来实现人机交互。
 
软件设计
硬件只是底层支持，软件才是功能实现的灵魂，我们根据改造所需实现的自动拼接功能进行程序的编制，如图2，使得自动拼接功能能够有效实现，并且保留手动拼接功能应对特殊需求。
 
 
图2 自动拼接流程图
 
此外，为便于对拼接进度的监控，我们在系统中加入一个人机界面，通过触摸屏实现人机交互，其不仅能实时监控卷筒纸直径情况，还能修改拼接直径，更能通过人机界面内的虚拟按钮手动拼接功能满足特殊生产需求。
 

改造后的成效

 

通过对拼接系统的改造，实现了放卷机构自动拼接功能，此次成功改造大大减轻了操作人员的劳动强度，缩短劳动时间，降低纸张浪费，节约公司原辅料成本。操作成功率高达100%，完全避免了因操作人员操作失误引起的拼接失败。经过一年多的稳定使用，证实此次自动拼接改造圆满成功。

 
本次改造花费不多，提高了凹印机自动化程度，增强了拼接稳定性及安全性，减少了原辅材料浪费，降低了生产成本，成效显著，有相似问题的厂家可参考应用。
 

作者：龙岩鑫达彩印有限公司 郑 淼

 

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