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              基于CAN總線的麥科MX2H型PLC在多色印刷機中的應用
              2017-11-11 08:00:00

              摘要
              由于多色機控制系統I/O點數多、邏輯復雜所以目前市面上的多色機控制系統通常采用兩種方式:
              1、中型PLC集中控制:有I/O口響應速度快,控制及時等優點。但走線復雜、走線長會導致各種干擾、接觸不良或不穩定的故障,并且價格昂貴維護成本高。
              2、PLC的Modbus總線多站循環掃描:PLC作為主站,各個從站由主站Modbus總線循環掃描。這種方法采用了分布式控制,減少了走線長度。但Modbus總線只能采用循環掃描方式讀寫I/O點,造成輸入輸出端口響應速度延遲。從站不能過多,否則整個系統的響應速度隨著從站數量的增多而變慢。若減少從站又體現不出總線系統的優勢,無法減少走線的復雜程度。為解決以上問題,我們采用麥科電氣(MIKOM)技術有限公司生產的MX2H系列PLC開發了一套基于CAN總線通訊的多色印刷機平臺。PLC采用MX2H-CAN型PLC,利用其CAN總線通訊功能來構建整套系統。

              產品介紹

              本系統采用MX2H-3232M-CAN型PLC作為主站,負責邏輯控制、運算及與觸摸屏通訊;采用MX1H-1616-CAN型PLC作為各個從站,作為遠程I/O監控終端使用。主站與從站之間采用CAN總線連接,交換數據。
              CAN總線是一種支持分布式實時控制系統的串行通信局域網絡總線。具有無主從特性,總線上自帶仲裁系統,任何一站有事件發生都會立即上傳,采用CAN總線系統構建的控制系統具有極快的響應速度,實時性極好,抗干擾特性好,節點數眾多,非常適合印刷機系統輸入輸出應用。
              采用MX2H系列PLC主要基于以下幾點:
              1.擴展模塊全,擴展功能方便。
              2.通訊接口多:2個232口、1個485口和1個CAN接口。2個串口分別用作與觸摸屏通訊和作為上位機下載監控的接口,可同時操作觸摸屏和監控上位機,方便調試。
              3.支持CAN總線接口。獨有的MXLink協議,適合分布式實時控制場合。
              4.基本指令處理速度為0.084us/步,綜合指令處理速度為1K步/ms,程序掃描速度快。在乘除法運算、印刷機的水墨量運算中優勢明顯。程序容量為24K步,用戶存儲空間大,便于程序的升級和維護。
              5.專為印刷行業定制的指令,使編碼器定點控制更加方便實時。
              6.選配以太網模塊下載程序、遠程監控、遠程維護,更加迅速的分析解決現場問題,減小售后服務的難度。

              系統架構及硬件配置
              多色膠印機機械部分按功能分為給紙部、收紙部、四色印刷機組、傳動系統和水墨控制部分。印刷工藝流程:紙張放在給紙臺上,由飛達吸起,通過給紙部先經過規定位后再依次由四個色組印刷,最后傳到收紙部,將印刷完的紙張收集至收紙臺。整套機器的電氣部分包括:1個收紙臺升降電機、1個給紙臺升降電機、2個吸紙風泵;1個氣泵電機,1個油泵、1個噴粉泵、 4個水輥電機、4個墨輥電機、1個主電機、1個過橋吸風電機、4個軸向調版電機、4個周向調版電機、2個拉規電機,3個歪斜電機和36個電磁閥。機器上還有大量的限位開關和急停開關用于安全防護以及控制需要的各種光電開關和接近開關等。I/O點共有218個:輸入點94個、輸出點124個。
              系統的硬件架構如下圖所示:

                                                                 圖1 系統的硬件架構圖
              機器共有10個控制面板對系統操控:4個OPS面板、4個NOPS面板、1個收紙部面板和1個給紙部面板。采用分布式安裝,各個站的I/O點就近接到自己的模塊上,再通過CAN通訊匯總到主模塊。每個面板為1個站,被設計成一個遠程I/O,分配一個CAN地址,CAN總線將I/O點及相關信息實時傳送到主站PLC。CAN總線的波特率設置范圍為20~500K,設計中采用100K。系統中有10個面板及3個驅動模塊,共需13個MX2H-1616M-CAN型PLC作為從站,若從站I/O點數量不夠可由擴展模塊來擴展。主站選擇MX2H-3232M-CAN型PLC。
              觸摸屏能實時監控系統的運行情況,信息量大,界面友好。本系統用2個觸摸屏、1主1從,收紙部給紙部各一個,方便操作人員就近操控。主觸摸屏通過232口與PLC通訊、交換數據。主站PLC具有2個232串口,能同時對觸摸屏監控和程序下載監控。PLC設置通訊背景時間,使PLC與觸摸屏通訊定時,不受掃描周期影響。
              4個水輥電機、過橋吸風電機和主電機用三相交流電機,用變頻器控制。PLC自帶的485接口與變頻器的RJ11接口通過Modbus總線通訊控制,改變運行頻率,調節轉速;
              4個墨輥電機、1個收紙臺升降電機和1個給紙臺升降電機采用直流電機,用直流電機驅動模塊控制,轉速控制由各自的PLC的高速輸出調整。
              4個軸向、4個周向電機和2個拉版電機為定制電機,用于版位調整。
              主觸摸屏采用WINVIEW公司的MT6070;
              從觸摸屏采用WINVIEW公司的MT6100;
              主站PLC采用麥科電氣公司的MX2H-3232M-CAN;
              從站PLC采用麥科電氣公司的MX2H-1616M;
              主變頻器采用麥科電氣公司的MV20系列變頻器;
              水輥變頻器采用麥科電氣公司的MF10系列變頻器;

              功能詳述及程序設計
              1.CAN網絡的組建:
              本方案用MXLink協議的控制模式。設置方法如下圖:

                                      圖2 系統組態
              首先打開MX系列PLC的上位機軟件MXProgrammer,建立工程,選擇PLC型號為MX2H-3232M-CAN。如上圖所示雙擊系統組態→硬件設置→雙擊MX2H-3232M-CAN選項,再添加MX2H-CAN-RS232-BD模塊。成功添加后,雙擊MX2H-CAN-RS232-BD選項,出現下圖所示界面:

                                                                    圖3 硬件設置
              首先設置CANBus的硬件:CAN2.0B,低字節有效,100KHZ波特率。然后選擇MXLink協議,點擊MXLink設置,進入MXLink設置畫面選擇控制模式,按照界面提示設置協議。具體設置過程請參考《MX系列可編程控制器用戶手冊》。
              2.變頻器通訊:
              MX2H系列PLC的PORT1為485口,在本項目中用于與6個變頻器通訊,數字化調節電機速度。點擊系統組態下硬件設置中的MX2H-3232M-CAN,對PORT1設置;選擇Modbus協議,點擊Modbus設置,如下圖對參數進行設置:

                                                                  圖4 485通訊設置
              3.水墨量調節
              如果印刷機的主機運轉速度不同,那么水輥和墨輥的速度應根據主電機轉度自動跟蹤才能印出最好效果。方案中,主站PLC通過485總線對4個水輥變頻器實時水量跟蹤,CAN總線對墨輥電機墨量跟蹤,實時調整墨量。
              方案中,針對主機不同轉速,分為18個段,每段都可對各色組的水量墨量單獨設置。主站PLC運算后將各自的數據轉換成對應的頻率曲線,通過4種顏色的線段畫出對應的水墨量曲線。水墨調整畫面如下:

                                                  圖5 水墨畫面
              4.拉版功能的實現:
              對多色機來說,手動調版過程很繁瑣,全憑操作人員的經驗。而版對正的精度會對印刷品產生很大的影響。如果套印不準,就會出現重影。印版軸向調節范圍為-2mm~+2mm,周向調節范圍為-1mm~+1mm。通常的多色機的自動調版采用電位器模擬量采集的方式來控制拉版精度。但精度不夠、抗干擾性較差、數字跳動嚴重。
              方案摒棄了電位器調版采用更精確的數字量調版方式。采用定制的自帶編碼器的拉版電機,將各個拉版電機的轉動通過編碼器轉變成數字量,就近接到各從站PLC,CAN總線傳送數據至主站控制PLC。實踐證明,采用這種調版方式,數據顯示穩定可靠,可達到有效的精度為0.01mm。拉版畫面如下圖。

                                                圖6 拉版畫面
              5.針對印刷機行業專門定制的高速指令
              在印刷行業中,常對不同的編碼器角度做不同的控制,如各組離合壓角度、噴粉角度等。其通常在高速運行中動作,時間極快。如果在掃描周期中進行判斷控制,一旦程序掃描周期稍長,就會判斷錯誤;如果采用高速中斷處理,往往高速中斷數目不夠,不能判斷全部動作角度。MX2H系列PLC有一條DHSTI指令就是專門針對這種情況為印刷行業定制的。DHSTI指令擴展了24個順序執行的高速中斷,能夠依次按照表格中設定好的角度進入相應的中斷,實時相應的控制,提高角度的響應速度、簡化編程難度。
              6.系統高速響應
              由于紙張幅面較大,第二張紙到達前規的左右光纖電眼時,第一張紙還沒離開,因此以往的機器無法檢測歪斜,F在采用了數字式光纖傳感器,解決了這一難題。在高速運轉下,也能確保印機高速離合壓,不會產生后幾張紙不印或半張紙現象。
              7.以太網遠程維護

                                    圖7 以太網卡
              多色印刷機售出后,還要考慮各種售后服務、維修及程序版本升級等各方面的問題。而用戶遍布世界各地,因此現場維護的成本消耗較大而實效性也得不到保證。MX系列PLC安裝有以太網卡,能夠方便的實現遠程維護功能,可在本地遠程下載、上載和監控功能。大大節省了維護成本并提高了實效性。

              結束語
              項目設計完成,總程序量為20K左右。目前使用本系統的多色機已生產多臺,部分出口至東南亞,國內外用戶使用后評價良好。實踐證明,采用MX2H系列PLC的構建基于CAN總線的四色機控制系統,技術先進,成本低,性能穩定,在業內居于領先水平。



              下載附件基于CAN總線的麥科MX2H型PLC在多色印刷機中的應用


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