膠印機印刷速度計算方式剖析論文

　　絕對型編碼器一般在通電狀態下與旋轉的有無沒有關係。以格雷碼形式並行輸出與旋轉角度對應的數字碼，無需計數器，也沒有累積誤差，其機械位置決定了資料輸出的唯一性，即使失電後其原有位置資訊仍然保持而不會丟失。絕對型編碼器主要可作為機械位置（特別是角度位置）反饋的檢測元件。絕對型編碼器的解析度是由二進位制的位數所決定的，相當於把一圈360°等分成多少份，解析度的單位是B（位元）。格雷碼從任一數到下一數變化時，只有一個數據位變化，彌補了自然二進位制碼的缺陷，避免了因位讀取時序上的差異而可能造成的數字碼讀出錯誤。當絕對型編碼器用作膠印機主機實際位置反饋時，其輸出訊號透過PLC程式程式碼轉換處理可以很直觀地得出主機的當前角度位置。主機當前角度和再經過PLC算術邏輯運算處理而得出的當前印刷速度都可以透過PLC與HMI互動訊號介面在人機介面上直接顯示出來。

　　增量型編碼器輸出訊號形式通常為A相、B相（相位相差90°）以及Z相（碼盤一圈內僅輸出一次零位）三種訊號。增量型編碼器在通電狀態轉動時將旋轉位移轉換成周期性的電訊號，連續輸出與旋轉位移對應的脈衝數，靜止狀態脈衝訊號不輸出。輸出的A相和B相脈衝光電訊號可以透過PLC系統內建高速計數器或高速計數模組進行計數，讀取其旋轉位移的大小，失電後它的原有位置資訊將會丟失。增量型編碼器常可作為速度反饋或機械位置反饋的檢測元件。增量型編碼器的解析度是由脈衝數決定的，相當於編碼器軸旋轉一圈所輸出的脈衝個數。當增量型編碼器用作膠印機主機實際位置反饋時，其輸出的脈衝訊號經過PLC系統採集運算處理之後可以很直觀地得出主機的當前角度位置。主機當前角度和再經過PLC算術邏輯運算處理而得出的當前印刷速度都可以透過PLC與HMI互動訊號介面在人機介面上直接顯示出來。

　　接近開關是一種非接觸型檢測元件，在工業自動化控制中作為高效能和快速響應的感測器而得到廣泛應用。在一些膠印機產品中，它也常作為測速的取樣元件得到使用。其主要特點是使用簡單、工作可靠、壽命長、成本相對低，適應較為惡劣的工作環境。透過PLC系統內部計時器並利用PLC程式讀取位於遞紙手處接近開關輸出的狀態訊號作為PLC程式取樣中斷訊號，這樣就可以較易得到主機每轉一圈所需的時間，然後經過PLC程式算術邏輯運算處理，得出當前印刷速度，並可透過PLC與HMI互動訊號介面在人機介面上直接顯示出來。

　　膠印機每小時印刷的紙張數即印刷速度，可被認為是每小時遞紙滾筒所轉過的總圈數。安裝於遞紙滾筒軸上的編碼器一般作為主機角度位置反饋的檢測元件。絕對型編碼器輸出訊號接入到數字輸入模組並經過PLC程式程式碼轉換處理後，或增量型編碼器輸出訊號透過PLC系統內建高速計數器或高速計數模組計數運算處理後，都能比較直觀地直接得到主機實際角度位置。這些資料可以作為實現對膠印機色組的離合壓角度時序、自動換版的印版滾筒定位角度、前規的角度時序等控制的必要條件。對一些依靠機械凸輪實現膠印機色組離合壓且無自動換版要求的膠印機，則可以選用接近開關檢測元件作為主機印刷速度的取樣物件。這樣的取樣方法在能滿足膠印機設計要求的前提下比較經濟、簡單和實用。

　　絕對型編碼器輸出的格雷碼訊號是一種數字排序，不是權重碼，每一位沒有確定的大小，不能直接進行大小比較和算術運算，也不能直接轉換成其他訊號。要進行資料處理，必須先將格雷碼轉換為自然二進位制碼，但是並非所有PLC系統（如SIEMENS和FUJI可程式設計控制器）都具有標準的程式碼轉換功能指令。因此，為了使不同PLC系統的控制程式都具互通性、易讀性和借鑑性，利用PLC系統都具有的基本指令，比較容易實現格雷碼轉換成自然二進位制碼的程式碼轉換程式的處理。在PLC程式程式碼轉換處理過程中可以先將埠格雷碼訊號由PLC系統基本指令執行異或操作處理，實現格雷碼轉換為自然二進位制碼的程式碼轉換；然後利用邏輯與的特點，對埠訊號之外的訊號位完成遮蔽；根據格雷碼從尾程式碼到頭程式碼轉變時只變一位的迴圈特點，還需進行減去格雷餘碼的減法運算（凡是解析度不是2的n次方的，都採用格雷餘碼形式），最後得出主機實際所轉過的角度（可以透過HMI直接顯示）。筆者針對解析度為9位的絕對型編碼器輸出訊號，選用不同PLC系統都具有的基本指令編制了程式碼轉換處理和算術運算處理的主機實際角度顯示程式（如圖2所示），實現了控制程式的互通性、借鑑性。

　　對絕對型編碼器而言，利用PLC中斷處理方式執行取樣中斷程式，完成輸出訊號的程式碼轉換以及一系列算術邏輯運算，從主機當前角度與主機前次角度發生的變化量，可以透過算術計算得出近似的主機印刷速度。在計算流程中必須注意考慮編碼器訊號的響應時間和取樣中斷的時間。定時取樣中斷的時間可以在PLC系統設定引數中進行設定（如三菱Q系列）。絕對型編碼器作為取樣物件的膠印機印刷速度計算流程如圖3a所示。假設取樣中斷時間設為100ms，那麼在1秒時間內可以取樣中斷10次。也即1小時可採樣中斷36000次。而每次取樣所得編碼器轉過角度的變化量除以360即為每次取樣後主機編碼器的旋轉次數，也即紙張數。由此：印刷速度=（△角度÷360×10）×3600=△角度×100（張數/h）其中：△角度=當前角度值-前次角度值對位於遞紙手處的`接近開關而言，除了將其作為前規角度時序調整之用外，PLC系統所採集的接近開關狀態訊號無法處理、獲取並顯示主機實際角度位置（由膠印機各色組機械凸輪來控制各色組離合壓的角度時序等），僅可將其上沿訊號作為PLC程式運算處理印刷速度的取樣中斷訊號。當主機執行時，利用PLC系統內部計時器進行計時。一旦系統得到接近開關輸出的上沿訊號就執行程式中斷處理，讀取系統當前計時器內資料並賦給系統資料塊，同時對計時器復位。從理論上講，賦給資料塊的資料（接近開關輸出2個上沿訊號之間的時間）即可認為是主機轉動一圈所需的近似時間。那麼，透過PLC程式運算處理就可以近似地得出膠印機的印刷速度了。接近開關為取樣物件的膠印機印刷速度計算流程如圖3b所示。注意：在實際程式編制過程中還需要進行一些必要的運算處理，以保證系統採集處理後的印刷速度資料更趨精確。計算印刷速度通常指膠印機在正向印刷過程中的速度，不存在膠印機反向印刷的可能性。因此，在實際計算印刷速度時，只需考慮主電機在正轉情況下的印刷速度；一旦主電機反轉，無需考慮印刷速度的計算。

　　本文在吸收、消化和理解不同膠印機部分控制程式的基礎上對膠印機印刷速度的計算方法進行了剖析，分析了三種不同取樣物件輸出訊號的特點、適宜的場合以及對PLC系統模組配置的要求；同時，將筆者對印刷速度計算的理解和分析思路與同行共享。本文希望能有助於同行在實際應用過程中更合理地選擇取樣物件，以滿足PLC系統和膠印機印刷速度的設計要求，儘可能地使不同PLC系統控制程式更具互通性、易讀性和借鑑性。基於PLC為主控單元並輔以可編輯且具有人機友好智慧互動畫面的HMI，已成為未來膠印機向自動化、柔性化、智慧化發展的一種必然趨勢。