一种平板打印机专用智能伺服解决方案

tigerwilliam · 发表于 2011-3-24 18:40:19

一种平板打印机专用智能伺服解决方案

2011年2月10日 whan@vip.sina.com

平板打印机（又称万能打印机）是近几年来在国内兴起的一种广告印刷和打印设备，其核心是利用EPSON，武藤等厂商生产的大中幅面喷墨打印机，通过将其卷轴形式的走纸机构进行改造，实现在任何平板介质上进行平面打印的一种打印设备，被印刷的材质非常广泛，包括玻璃，水晶、皮革、木板、金属、亚克力、有机板、ABS、胶片、瓷砖、T恤、无纺布、棉布、帆布等，进而实现任意平面介质的无版全彩色印刷。平板打印机改装技术从理论上来说技术门槛不高，但也涉及到机械、控制、墨滴控制、UV等诸多方面的细节问题，国内很多厂商展开深入研究，取得了很大发展，实现了平板打印机的批量化生产，凭借较低的价格，占领了国内主要市场，进口厂商相反只能在高端领域取得一定的市场份额。

从平板打印机的改装结构来看，无外乎增加了一套Y轴位移控制装置，利用EPSON喷墨打印机机头（以下简称墨车）为X轴，利用搓纸电机信号控制Y轴水平移动（可墨车移动，也可打印介质移动），配合墨车往复工作，实现平板打印。传统的控制结构为PLC（或者单片机）+伺服（或者步进）+控制面，如下图所示。本文主要阐述了利用智能伺服驱动器完成平板打印机改装的一种控制系统控制方案，利用智能伺服的内部控制功能完成平板打印机改装过程中所需的位置和I/O控制，节省了PLC（或单片机）的硬件成本，具有较好的市场推广价值。

如上图所示，完成平板打印机改造所需要的部件清单主要包括
1、  墨车（EPSON，武藤等）
2、  丝杠
3、  导轨（包括滑块，支架以及螺母等）
4、  步进电机或伺服电机（也有加行星减速器的）
5、  步进驱动器或伺服驱动器
6、  PLC或者单片机
7、  文本显示器或触摸屏
8、  丝杠升降器及电机（直流电机或步进电机）
9、  行程开关若干

以下为传统的平板打印机控制结构图：

通过将打印机的搓纸电机控制信号引出，接入控制器（PLC或者单片机），通过要通过加装行程开关接入打印机的检纸信号输入，骗过打印机，认为有纸，打印机开始打印，每走一个打印行程，打印机输出一个脉冲信号，命令搓纸电机走纸，将这一信号用于控制控制Y轴的伺服或者步进，驱动打印机或者打印介质位移一定的距离（这一距离根据不同机型要进行计算），配合墨车完成平板打印作业。

触摸屏上和按钮主要用于控制打印的位置，可进行Y轴的手动、点动，定位移动；还可以通过按钮和触摸屏控制打印机的高度，以适应不同的打印介质；如安装光电传感器也可以实现自动高度调整，高度设定值可在触摸屏上设定。触摸屏上可实时显示Y轴的具体位置以及打印机的高度数值。

传统系统采用PLC和通用伺服配合触摸屏以及开关按钮构建平板打印机辅助控制系统，具有较强的灵活性，但系统构成相对复杂，成本也较高，PLC或者单片机内部需要编程，系统节点也较多。

智能伺服是目前欧美流行的一种总线型、内置运动控制器、具有可编程特性的新型运动控制产品。我公司率先于2008年开发成功，推向市场并在包装、光学平台等领域取得成功应用。由于平板打印机辅助控制系统相对独立，I/O点数也较少，控制逻辑并不复杂，因此非常适合采用智能伺服进行控制。我们采用iDrive智能伺服，与北京某平板打印机厂商合作，将智能伺服技术应用到平板打印机辅助控制系统上，充分发挥其内置控制器的作用，一方面显著降低了系统成本，提高了控制系统的集成度，更重要的减少了系统节点的数量，提高了系统运行的稳定性，具体配置方案如下：

下图为采用智能伺服产品后，平板打印机辅助控制系统的结构

从图上可以看出，采用智能伺服后，系统结构简化，不再需要PLC和单片机，智能伺服驱动器可以直接和触摸屏（或者文本控制器）通讯，开关按钮以及现场行程开关可直接接入智能伺服的I/O接口。按照北京某平板厂商测算，之前考虑采用台达伺服（400W）+三菱PLC，伺服电机+伺服驱动器+5寸触摸屏三项硬件成本预计近四千元；改用智能伺服后，所需要硬件为 400W伺服电机+iDrive智能伺服+5寸触摸屏，每套节省成本超过1000元。

从技术参数上看，智能伺服所用伺服电机为配备2500线增量式编码器的高性能永磁同步伺服电机，和台达主流伺服电机相同，定位精度完全可以保证。另外，由于采用了高集成度的系统结构，搓纸电机的信号不再通过PLC处理后送到伺服驱动器，系统响应速度较采用PLC也得到明显提高。

针对大型的双Y轴驱动型平板打印机，可采用双轴型智能伺服产品进行系统构建，双iDrive 内置两轴完全独立的伺服驱动板，但它们又处于同一设备的数据总线上，和控制模块融为一体，因此两轴的同步性能较采用PLC进行协同工作的方式得到大大提高，如下图所示。

对于小型平板打印机，对成本的要求更加苛刻，可采用智能三相混合式步进产品，以类似的控制结构进行应用，但智能步进产品的I/O点数有限（目前为3个DI输入1个DO输出），加上没有位置反馈，只能应用在小幅面，对精度要求较低的应用。但对于小幅面平板打印机来说，设备价格低而用量较大，PLC或单片机的成本在整机成本中的比例更加显著，如能够利用智能三相混合式步进产品节省下PLC和单片机，对平板打印机厂商来说也是有很大新引力的。

我公司为智能伺服和智能步进厂商，此文一方面结合我们的实践与大家分享应用经验，互通有无，一方面也是做广告，希望能有更多平板打印机领域的朋友了解我们智能伺服和智能步进产品的特点，利用其产品特点，降低平板打印机产品成本，提高产品性能，提升自身产品在市场上的竞争力。

我们涉入平板打印机行业的时间尚浅，一定还有在各种机型上我们所没有碰到过，或者还没有考虑到的问题，上述方案如有疏漏，欢迎大家提出宝贵的意见和建议，我的邮件地址是whan@vip.sina.com 欢迎大家来信和我联系。我们相信，运动控制产品的明天一定是智能化、总线化的时代，我们也相信智能步进和智能伺服产品一定能够为我国平板打印机产业的发展助一臂之力，同时也为我们自主知识产权的国产智能伺服和智能步进产品拓展出一片成长的沃土。
北京诺信泰伺服科技有限公司 www.nortiontech.com

speakingrose · 发表于 2011-4-7 10:56:10

挺详细.........

gzdayinji · 发表于 2012-7-12 16:11:05

学习了。多谢

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