1、 匠心品质，智慧创新！ 密 别：秘密 编 号： 5113印花喷墨印刷机 喷墨清洗系统电控最终方案 编写：TrueManQiao 校对： 审核： 批准： 日期：20170828 备注: 质量核准： 适用范围： 迅捷PDF编辑器匠心品质，智慧创新！ 目录 1电控分系统设计需求 . 3 1.1 任务描述 . 3 1.2 清洗结构方案 . 3 1.3 技术要求 . 4 1.3.1 清洗流程. 4 1.3.2 技术流程图. 5 1.4电控分系统定义 . 6 1.5指标要求 . 7 1.5.1定位精度 . 7 1.5.2清洗效率 . 7 2 系统硬件设计 7 2.1 供电系统 7 2.2 报警系统 8 2
2、.3 控制器PLC选择 8 2.4 其它部件选择 8 2.4.1 伺服电机系统 . 8 2.4.2 步进电机系统 . 8 2.4.3 位置检测传感器 . 9 2.4.4 机械限位开关 . 9 2.5 控制方案框图 9 3 PLC-PC（PM工控机）通讯协议设计 . 10 3.1 功能描述 10 3.2 通讯协议 10 4 主要硬件清单 15 5 系统报价 16 迅捷PDF编辑器匠心品质，智慧创新！ 1电控分系统设计需求 1.1 任务描述 5113喷墨清洗系统是印花喷墨印刷机的重要组成部分，负责对喷墨打印单元执行定期清洗任务，以保证良好的喷墨打印效果。 喷墨清洗系统由上位机（安装PM打印管理软件
3、）做主机，执行单元PLC做从机，二者通过通讯握手协议执行各项动作，并保证清洗任务顺利完成，为正常喷墨打印做准备。 1.2 清洗结构方案 迅捷PDF编辑器1.3 技术要求 1.3.1 清洗流程 工作人员操作PM软件（甲方工控机）点击清洗按钮： 1. PM给PLC发送清洗指令（PLC操作平台停止皮带运行）； 2. PLC通知PM皮带已停止； 3. PM给FPGA发送清洗命令（FPGA下平台），该指令内容无须PLC关心，PLC等待该指令完成； 4. FPGA通知PM下平台完成，该指令内容无须PLC关心，PLC等待该指令完成； 5. PM通知PLC开始清洗： A PLC移动喷头模组到墨栈上方，模组移动
4、需要精确定位，精度 PLC移动墨栈从原始位置到抽墨位置，定位精度可以0.2mm，可由步进电机完成； C PLC执行抽墨，PLC控制直流DC24V无刷电机启/停工作，功率100w：D PLC移动墨栈从抽墨位置到刮墨位置，定位精度可以0.2mm，可由步进电机完成； E PLC升起刮刀，刮刀只有0度和135度两个位置，可由步进电机完成； F 走一遍刮墨，刮墨行程定位精度可以5mm，刮墨行程由光电限位可调，由步进电机完成； G 降下刮刀，该指令和 PLC升起刮刀指令对应； H 刮墨组件回到初始位置，该指令和走一遍刮墨指令对应； I PLC移动墨栈从刮墨位置到闪喷位置；定位精度可以1-2mm，可由步进电
5、机完成； 6. PLC通知PM清洗完成； 7. PM给FPGA发送闪喷命令，该指令内容无须PLC关心，PLC等待该指令完成； 8. FPGA通知PM闪喷完成，该指令内容无须PLC关心，PLC等待该指令完成； 9. PM给PLC发送退出清洗指令： A PLC移动墨栈从闪喷位置到初原始位置； BPLC移动喷头模组到打印位置，模组移动需要精确定位，精度1-2-3-0顺序。 图1.2 墨栈工作示意图 1.3.3 供墨泵工作控制 1、系统总共采用24个墨泵（单个功率：7W/24V）为喷头供墨，每个墨泵由PLC控制启、停； 2、每个墨泵的控制由外部液位传感器控制，液位传感器提供干接点输出。因此，PLC提供
6、总共24个I/O输入； 3、墨泵的启停也受PM机软件控制；PM软件控制包括：24个墨泵同时启动或者同时停止，或者由外部液位传感器控制； 4、PM软件控制墨泵具体协议参考本合同第3款。 1.4电控分系统定义 电控分系统按照执行任务可以分为下面几个模块： 喷墨打印组件控制模块 抽墨组件控制模块 刮墨组件控制系统 闪喷组件控制模块 供墨泵控制 PLC与PC（PM主机）通讯模块，TCP MODBUS； 各路组件位置检测模块（加装位置检测传感器，如光电或霍尔开关） 集成触摸屏监测、报警模块 迅捷PDF编辑器匠心品质，智慧创新！ 1.5指标要求 1.5.1定位精度 技术要求：PLC移动喷头模组到墨栈上方及
7、回到原点，定位精度0.04mm，实际应用中喷头模组回到原点需要更高的定位精度。 此定位精度下，对龙门两侧电机同步性要求很高，同时对结构设计也提出了很高的要求。 满足上述定位精度的保证条件： 结构设计：必须保证导轨平行度、平面度和支撑框架钢性； 控制系统：电机同步性要好，并配有零点检测功能，确保两侧电机脉冲数据完全一致或均到零点后停机。 运动平稳：速度不能太快，加速平稳，防止丢转。 支持PM软件手动设置模组、墨站的移动距离； 1.5.2清洗效率 清洗系统最大行程组件：喷墨打印组件（Y轴），约为500mm； 其它组件行程：基本都在200mm以内； 基于上述行程长度和定位精度要求，建议各组件移动速度
8、不大于3m/min（50mm/s），此速度下，如果清洗系统一键操作完成，耗时约100s。 实际应用中，正常清洗流程控制在2-5分钟不影响系统工作效率。 支持PM软件手动设置实际的清洗时间、刮刀次数； 2 系统硬件设计 2.1 供电系统 喷墨清洗系统从主机动力进线接三相电源（三相五线制）。 建议清洗系统配不间断电源UPS，确保清洗流程不被中端，影响与PM握手。 迅捷PDF编辑器匠心品质，智慧创新！ 2.2 报警系统 整机配置报警灯，利用四色报警灯进行工作状态指示和报警，具体定义如下： 灯颜色 正常喷印 就绪 清洗 故障报警 绿色 亮 灭 灭 灭 蓝色 灭 灭 亮 灭 黄色 灭 亮 灭 灭 红色
9、灭 灭 灭 亮，同时声响 报警灯采用DC24V供电，由PLC驱动。 2.3 控制器PLC选择 施耐德M241系列PLC及扩展IO输入、输出模块 带CAN BUS接口，支持CanOpen协议，可与伺服电机驱动器、步进电机驱动器通讯 带10/100M以太网接口，支持TcpModBus 协议，可与触摸屏通讯、PM工控机 2.4 其它部件选择 2.4.1 伺服电机系统 伺服电机系统品牌：施耐德 型号及尺寸：见“Lexium23A_CN”文件页码8红框 伺服电机功率： 约400W 伺服电机工作方式：位置模式 驱动器与PLC通讯方式：CanOpen 2.4.2 步进电机系统 步进电机外采公司：中创天勤公司
10、（代理深圳众为兴公司产品） 步进驱动器外采公司：中创天勤公司（代理深圳众为兴公司产品） 步进电机型号： 2HB57-76Z（见“2HB57-76Z”文件安装尺寸图） 步进电机工作方式：位置模式 步进驱动器型号：YKD2405PC 步进驱动器与PLC通讯方式：CanOpen 迅捷PDF编辑器匠心品质，智慧创新！ 2.4.3 位置检测传感器 品牌：松下 GX-12MUB 屏蔽螺纹型 安装尺寸：见“松下神视圆柱型接近传感器”选型手册 2.4.4 机械限位开关 品牌：欧姆龙 HL-5030 可调滚珠摆杆型 安装尺寸：见“HL-5000一般用限位开关”（红框） 2.5 控制方案框图 图2.1 电控方案框
11、图 备注： 喷墨打印模组运动：Y轴方向 刮墨组件运动：X轴方向 墨栈组件运动：Z轴方向 迅捷PDF编辑器匠心品质，智慧创新！ 3 PLC-PC（PM工控机）通讯协议设计 3.1 功能描述 PM通过TCP Modbus协议实现与PLC的通讯，主要实现以下内容： （1）对清洗流程的控制、清新参数的设置； （2）对墨泵供墨系统的控制； 3.2 通讯协议 通信协议使用MODBUS TCP协议，协议内容如下： 迅捷PDF编辑器匠心品质，智慧创新！ 3.3寄存器地址定义 PM与PLC通讯MODBUS寄存器分4种，分别是： (1)清洗系统命令寄存器：PM写，PLC读，寄存器Modbus地址由PLC自定义，本
12、合同以0x50作为示范，见表3-1； (2)清洗系统状态寄存器：PM读，PLC写，寄存器Modbus地址由PLC自定义，本合同以0x51作为示范，见表3-2； (3)刮墨参数寄存器：PM写，PLC读，寄存器Modbus地址由PLC自定义，本合同以0x52作为示范，见表3-3； (4)电机运动命令寄存器：PM写，PLC读，运动参数由32bit构成，单位为mm；寄存器Modbus地址由PLC自定义，见表3-4；PLC按照PM写的坐标位置控制电机运动到相应的距离； (5)电机运动状态寄存器：PM读，PLC写，运动参数由32bit构成，单位为mm；寄存器Modbus地址由PLC自定义，见表3-5；该寄
13、存器用于PM实时显迅捷PDF编辑器匠心品质，智慧创新！ 示当前电机的运动坐标信息； 1、清洗系统命令寄存器， Modbus地址：0x500x51 功能 地址 描述 停止皮条指令 50.0 高电平有效 PLC退出清洗 指令 50.1 开始打印 指令 50.2 刮墨组件回原点 指令 50.3 喷墨组件回原点 指令 50.4 墨栈组件回原点 指令 50.5 开始清洗指令 51.0 是否执行清洗 51.1 模组A是否抽墨 51.2 模组B是否抽墨 51.3 模组A是否刮墨 51.4 模组B是否刮墨 泵墨液位传感器开关使能 51.5 高电平有效，墨泵由液位传感器控制 PM强制墨泵启动 51.6 高电平有
14、效，PM软件强制墨泵启动 PM强制墨泵停止 51.7 高电平有效，PM软件强制墨泵停止 2、清洗系统状态寄存器， Modbus地址：0x520x53 功能 地址 描述 皮带速度为零 52.0 高电平有效 喷头模组移动到墨栈上方 52.1 抽墨 52.2 墨栈到刮刀位置 52.3 迅捷PDF编辑器匠心品质，智慧创新！ 刮刀升起 52.4 正在刮墨 52.5 刮刀降下 52.6 墨栈返回并降到初始位置 52.7 墨栈到闪喷位置(清洗完成) 53.0 墨栈回到初始位置（退出清洗阶段） 53.1 喷头到打印位置（结束） 53.2 3、刮墨参数寄存器， Modbus地址：0x540x55 功能 地址 说
15、明 刮墨次数 0x54.00x54.7 抽墨时间 0x55.00x55.7 4、 电机运动命令寄存器， Modbus地址：0x600x87 功能 地址 说明 模组A打印位置到清洗位置（墨栈上方）运动距离 0x60(低8位) 0x63(高8位) 单位(微米),每个参数占4个字节，32位,当自动完成清洗命令时，PLC按照该参数控制电机运动 模组B打印位置到清洗位置（墨栈上方）运动距离 0x64(低8位) 0x67(高8位) 模组A刮墨组件从原点到刮墨终点运动的距离 0x68(低8位) 0x6b(高8位) 模组B刮墨组件从原点到刮墨终点运动的距离 0x6c(低8位) 0x6f(高8位) 模组A墨栈组
16、件从原点（初始位置）到抽墨位置运动的距离 0x70(低8位) 0x73(高8位) 模组A墨栈组件从原点（初始位置）到闪喷位置运动的距离 0x74(低8位) 0x77(高8位) 迅捷PDF编辑器匠心品质，智慧创新！ 模组A墨栈组件从原点（初始位置）到刮墨位置位置运动的距离 0x78(低8位) 0x7b(高8位) 模组B墨栈组件从原点（初始位置）到抽墨位置运动的距离 0x7c(低8位) 0x7f(高8位) 模组B墨栈组件从原点（初始位置）到闪喷位置运动的距离 0x80(低8位) 0x83(高8位) 模组B墨栈组件从原点（初始位置）到刮墨位置位置运动的距离 0x84(低8位) 0x87(高8位) 模
17、组A手动运动距离 0x88(低8位) 0x8b(高8位) 手动调试清洗时，PLC按照该参数控制电机运动 模组B手动运动距离 0x8c(低8位) 0x8f(高8位) 模组A刮墨组件手动运动距离 0x90(低8位) 0x93(高8位) 模组B刮墨组件手动运动距离 0x94(低8位) 0x97(高8位) 模组A墨栈手动运动距离 0x98(低8位) 0x9b(高8位) 模组B墨栈手动运动距离 0x9c(低8位) 0x9f(高8位) 5、 电机运动状态寄存器， Modbus地址：0xa00xb7 功能 地址 说明 模组A当前坐标位置 0xa0(低8位) 0xa3(高8位) 单位(微米),每个参数占4个字
18、节，32位 PM实时显示当前的电机运模组B当前坐标位置 0xa4(低8位) 0xa7(高8位) 模组A刮墨组件当前坐标位置 0xa8(低8位) 迅捷PDF编辑器匠心品质，智慧创新！ 0xab(高8位) 动坐标信息 模组B刮墨组件当前坐标位置 0xac(低8位) 0xaf(高8位) 模组A墨栈组件当前坐标位置 0xb0(低8位) 0xb3(高8位) 模组B墨栈组件当前坐标位置 0xb4(低8位) 0xb(高8位) 4 主要硬件清单 序号 部件名称 数量 备注 1 施耐德伺服电机BCH0801O32A1C 4台 喷墨打印模组 2 伺服电机驱动器 LXM23AU04M3X 4台 CanOpen总线
19、3 步进电机 2HB57-76Z/1.35NM 8台 CanOpen总线 4 步进电机驱动器 YKD2405PC 8台 CanOpen总线 5 PLC控制器 M241系列 1套 CanOpen总线 6 输入模块TM3DI32K 1个 PLC 32位扩展模块 7 输出模块TM3DQ32UK 1个 PLC 32位扩展模块,继电器输出 8 位置检测传感器 GX-12MUB 14个 松下定位检测 9 机械限位开关 HL-5030 8 欧姆龙安全保护 10 华 为 8 口 千 兆 网 交 换机,S1700-8G-AC 1个 主、从网络通讯 位置检测传感器安装说明： 喷头模组零位：Y轴原点，两组共计4个； 刮墨组件两侧行程：X轴起始点和终点，两组共计4个； 刮墨刀旋转行程：零位点，两组共计2个； 迅捷PDF编辑器匠心品质，智慧创新！ 墨栈组件上下行程：Z轴原点（最低点），两组共计4个； 机械限位开关安装说明： 喷头模组移动终点：Y轴终点，两组共计4个； 墨栈组件上下行程：Z轴终点（最高点），两组共计4个； 迅捷PDF编辑器
