西门子模块6ES7214-1BG40-0XB0

1 引言 

香水瓶丝网印刷机（见图1）主要是对香水瓶、日用品等不规则产品表面进行印刷，多为圆形、椭圆形、三角形、方形等多样化外形。目前所用的印刷机多为机械凸轮机构，随着科技的发展，机械凸轮的印刷效率、精度已经难以满足市场需求，为了提升印刷机的性能，欧姆龙开发出一套以OMRON NJ为核心的电气系统来满足市场。

 
图1 香水瓶丝网印刷机实物

2 系统结构及控制难点 

香水瓶丝网印刷机的丝网印刷部分由六轴组成：旋转轴、浮动轴、网板轴、刮胶轴、送料轴、接驳轴，如图2所示。工件在皮带上由送料轴（M6）带动，接驳轴（M5）将未印刷、印刷完的工件分别夹取到印刷位置、下料位置。旋转轴、浮动轴、网板轴、刮胶轴四轴做电子凸轮运动，完成丝网印刷。

 
图2 香水瓶丝网印刷机结构图

由于客户印刷产品种类、外形多样化，如圆形、椭圆形、三角形、方形等等，为了实现不同形状工件的360度印刷，需要对各种外形的工件做公式推导，计算出印刷轴之间的位置关系再做凸轮运动，达到客户要求的印刷效果，因此，确定印刷过程中各伺服轴之间的关系就成了系统的难点。 

以椭圆印刷为例（见图3），在对工件表面进行印刷时，为保证印刷质量，刮刀需要垂直印刷表面。工件旋转，椭圆中心随着移动，刮刀需要跟随中心做水平移动，浮动轴同时运动使印刷距离适当。为实现椭圆表面印刷，图例一椭圆中心在蓝线位置，刮刀在中心位置。旋转运行到图例二时，中心下降到橙色线位置，刮刀向右运行。

 
图3 椭圆形印刷（图中绿色为刮刀、红色为椭圆工件）

在本系统中，由于不是所有的自动化产品都是欧姆龙的，因此与第三方设备的通信问题，也是需要解决的难点之一。客户要求在触摸屏中设置简单参数即可更换产品进行印刷。客户使用的是威纶带以太网口的触摸屏，NJ与触摸屏都需要做相应设置。参数设置图见图4。

 
图4 NJ与触摸屏参数设置

3 系统硬件解决方案 

3.1 系统硬件配置（见表1）

表1 系统硬件配置 

3.2 系统硬件结构（见图5）

 
图5 系统硬件接线图

4 系统软件设计 

4.1 椭圆形工件程序推导 

根据三角几何关系推导出当椭圆在旋转过程中，各伺服轴与旋转轴的位置关系式如下：

根据上述公式在NJ控制器中计算出各轴凸轮数据如下：

将凸轮数据导出SD卡中进行数据验证，结果见图6，从图中可以看出，椭圆在I—IV位置对应的轨迹关系是正确的，可以进行动作测试。经过实际的印刷动作测试，经过测试，伺服轴实际运动效果与运动轨迹一致。

 
图6 凸轮数据验证

4.2 矩形工件程序推导 

根据三角几何关系推导出当矩形在旋转过程中，各伺服轴与旋转轴的位置关系式如下：

 
图7 矩形工件印刷

 
图8 矩形工件数据验证

4.3 三角形形工件程序推导 

根据三角几何关系推导出当矩形在旋转过程中，各伺服轴与旋转轴的位置关系式如下：

 
图9 三角形工件印刷

 
图10 三角形工件数据验证

 
图11 三角弧面数据验证

 
图12 三角弧面印刷效果

4.4 NJ与威纶触摸屏通信设置 

（1）NJ使用默认IP地址（见图13）

 
图13 NJ使用默认IP地址

（2）威纶触摸屏设置——编辑—系统参数设置（见图14）

 
图14威纶触摸屏设置

（3）触摸通信地址设置（见图15）

 
图15 触摸通信地址设置

采用标签或D0/D2都可以。此处标签还需要对应PLC内存地址，与网络标签有区别。