基于PLC控制的丝网印刷机的设计

1、山西中北大学机械与动力工程学院 张怀义 王福明

2、北京清大天达光电科技有限公司 范兆周 谷海雷

1 丝网印刷机的工作原理

图1 丝网印刷机工作原理

所谓的丝网印刷就是把带有图案或图像的模版依附于丝网上，采用手工刻漆膜或者光化学制版的方法制作丝网印版进行印刷。

丝网印版、刮板、油墨、印刷台以及承印物共同组成了丝网印刷的五大要素。丝网印刷机的工作原理如图1所示：刮墨刀由传动机构传递动力，让其在运动中挤压油墨和丝网印版，使丝网印版与承印物形成一条压印线，由于丝网具有张力，会对刮墨刀产生回弹力，回弹力使丝网印版除压印线外都不与承印物相接触，油墨在挤压力的作用下通过网孔漏印到承印物上。丝网在印刷过程中，一直处在变形和回弹之中。刮墨刀在完成单向印刷后与丝网印版一起脱离承印物，同时进行返程回墨，即完成一个印刷循环。

2 丝网印刷机的工艺分析

本文设计的丝网印刷机为触摸屏生产线的配套设备，在与上游上片机和下游对位贴合机相接后，能够完成触摸屏生产中银点的印刷。

图2 工艺流程

丝网印刷机的工艺流程图如图2所示：玻璃通过上片机将其放置于UVW平台上，并由平台上的吸盘吸附后，经跑台传输到指定位置，再通过Keyence视觉系统进行定位，再由印刷机构进行印刷，卸片后即完成一个工作循环。设备在运行过程中，只要能实现要求，可尽可能缩短每个动作实现的时间，从而提高效率。

3 系统硬件分析

本文设计的丝网印刷机采用三菱Q系列的PLC，因其具备配套齐全、功能完善、适用性强、可靠性高的特点，完全符合设备的要求[1]。根据设备的输入、输出点数以及需要留有10%的备用点，故选用了QX41和QX42两个输入模块，一个QY42P输出模块。其中QX41的输入点数是32点，QX42的输入点数是64点，都是DC24V/4mA输入，带32点公共端。QY42P的输出点数是64点，晶闸管输出，带32点公共端。此外，电源模块选用Q61P-A2，输入电压范围AC200～240V，输出电压DC5V，输出电流6A[2]。

该系统采用高性能CPU，型号为Q02CPU，其控制方式为存储程序的反复运算，输入输出控制方式为刷新方式，可承受的最大I/O点数为8192点，其自带的RS-232接口通过编程电缆与触摸屏相连，具备串行通信功能，所选用的QJ71C24-R2具有两个RS-232接口通道，其中一个通道与测厚装置相连，另一个通道与视觉系统相连。

由于丝网印刷机涉及到通过UVW平台对触摸屏的定位功能，所以还需选择定位模块，结合设备需要，选用了QD75P4、QD75P8和QD75D2三个定位模块，其分别控制4个、7个和2个电机。该PLC的部分输入点和输出点的连线如图3和图4所示。

图3 PLC部分输入点连线图

图4 PLC部分输出点连线图

4 人机界面设计

图5所示为丝网印刷机触摸屏界面中的参数设置界面，其包括刮刀速度、回墨刀速度、刮刀架点动速度、印刷次数、玻璃厚度等参数。

图5 参数设置界面

5 系统软件设计

由运动过程分析可知，该系统是一个多工步的顺序控制系统，通过模块化程序结构实现控制，具有结构简单、易于编程等优点。其包括初始化模块、参数设置模块、手动运行模块、自动运行模块、数值计算模块、数据通信模块和监视控制模块[3]。因篇幅有限，此处并未给出梯形图程序。自动运行程序流程图如图6所示。

图6 自动程序流程图

6 结束语

本文采用三菱Q系列的PLC、伺服驱动器、变频器和触摸屏设计了丝网印刷机的控制系统，有力地提高了丝网印刷机的工作可靠性和安全性。其刮墨刀和回墨刀速度均可调，刮刀架点动速度可调，满足了触摸屏生产的丝印工艺要求，再通过人机界面的设置，使得实际操作更加直观简单，同时实现了丝网印刷机的在线检测和控制，方便了系统的检修和维护。该设备自投入生产以来，运行稳定，动作安全可靠[4]。

[1]熊新民.自动控制原理与系统[M].北京：电子工业出版社,2003.

[2]满永奎.三菱Q系列PLC原理与应用设计[M].北京：机械工业出版社,2010．

[3]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社,2005．

[4]秦琴.基于PLC控制的玻璃清洗机的设计[J].机械工程与自动化,2009(4)：169-170．