胶印机印刷速度计算方式剖析

绝对型编码器一般在通电状态下与旋转的有无没有关系。以格雷码形式并行输出与旋转角度对应的数字码，无需计数器，也没有累积误差，其机械位置决定了数据输出的唯一性，即使失电后其原有位置信息仍然保持而不会丢失。绝对型编码器主要可作为机械位置（特别是角度位置）反馈的检测元件。绝对型编码器的分辨率是由二进制的位数所决定的，相当于把一圈360°等分成多少份，分辨率的单位是B（比特）。格雷码从任一数到下一数变化时，只有一个数据位变化，弥补了自然二进制码的缺陷，避免了因位读取时序上的差异而可能造成的数字码读出错误。当绝对型编码器用作胶印机主机实际位置反馈时，其输出信号通过PLC程序代码转换处理可以很直观地得出主机的当前角度位置。主机当前角度和再经过PLC算术逻辑运算处理而得出的当前印刷速度都可以通过PLC与HMI交互信号接口在人机界面上直接显示出来。

增量型编码器输出信号形式通常为A相、B相（相位相差90°）以及Z相（码盘一圈内仅输出一次零位）三种信号。增量型编码器在通电状态转动时将旋转位移转换成周期性的电信号，连续输出与旋转位移对应的脉冲数，静止状态脉冲信号不输出。输出的A相和B相脉冲光电信号可以通过PLC系统内置高速计数器或高速计数模块进行计数，读取其旋转位移的大小，失电后它的原有位置信息将会丢失。增量型编码器常可作为速度反馈或机械位置反馈的检测元件。增量型编码器的分辨率是由脉冲数决定的，相当于编码器轴旋转一圈所输出的脉冲个数。当增量型编码器用作胶印机主机实际位置反馈时，其输出的脉冲信号经过PLC系统采集运算处理之后可以很直观地得出主机的当前角度位置。主机当前角度和再经过PLC算术逻辑运算处理而得出的当前印刷速度都可以通过PLC与HMI交互信号接口在人机界面上直接显示出来。

接近开关是一种非接触型检测元件，在工业自动化控制中作为高性能和快速响应的传感器而得到广泛应用。在一些胶印机产品中，它也常作为测速的采样元件得到使用。其主要特点是使用简单、工作可靠、寿命长、成本相对低，适应较为恶劣的工作环境。通过PLC系统内部计时器并利用PLC程序读取位于递纸手处接近开关输出的状态信号作为PLC程序采样中断信号，这样就可以较易得到主机每转一圈所需的时间，然后经过PLC程序算术逻辑运算处理，得出当前印刷速度，并可通过PLC与HMI交互信号接口在人机界面上直接显示出来。

胶印机每小时印刷的纸张数即印刷速度，可被认为是每小时递纸滚筒所转过的总圈数。安装于递纸滚筒轴上的编码器一般作为主机角度位置反馈的检测元件。绝对型编码器输出信号接入到数字输入模块并经过PLC程序代码转换处理后，或增量型编码器输出信号通过PLC系统内置高速计数器或高速计数模块计数运算处理后，都能比较直观地直接得到主机实际角度位置。这些数据可以作为实现对胶印机色组的离合压角度时序、自动换版的印版滚筒定位角度、前规的角度时序等控制的必要条件。对一些依靠机械凸轮实现胶印机色组离合压且无自动换版要求的胶印机，则可以选用接近开关检测元件作为主机印刷速度的采样对象。这样的采样方法在能满足胶印机设计要求的前提下比较经济、简单和实用。

绝对型编码器输出的格雷码信号是一种数字排序，不是权重码，每一位没有确定的大小，不能直接进行大小比较和算术运算，也不能直接转换成其他信号。要进行数据处理，必须先将格雷码转换为自然二进制码，但是并非所有PLC系统（如SIEMENS和FUJI可编程控制器）都具有标准的代码转换功能指令。因此，为了使不同PLC系统的控制程序都具互通性、易读性和借鉴性，利用PLC系统都具有的基本指令，比较容易实现格雷码转换成自然二进制码的代码转换程序的处理。在PLC程序代码转换处理过程中可以先将端口格雷码信号由PLC系统基本指令执行异或操作处理，实现格雷码转换为自然二进制码的代码转换；然后利用逻辑与的特点，对端口信号之外的信号位完成屏蔽；根据格雷码从尾代码到头代码转变时只变一位的循环特点，还需进行减去格雷余码的减法运算（凡是分辨率不是2的n次方的，都采用格雷余码形式），最后得出主机实际所转过的角度（可以通过HMI直接显示）。笔者针对分辨率为9位的绝对型编码器输出信号，选用不同PLC系统都具有的基本指令编制了代码转换处理和算术运算处理的主机实际角度显示程序（如图2所示），实现了控制程序的互通性、借鉴性。

对绝对型编码器而言，利用PLC中断处理方式执行采样中断程序，完成输出信号的代码转换以及一系列算术逻辑运算，从主机当前角度与主机前次角度发生的变化量，可以通过算术计算得出近似的主机印刷速度。在计算流程中必须注意考虑编码器信号的响应时间和采样中断的时间。定时采样中断的时间可以在PLC系统设定参数中进行设定（如三菱Q系列）。绝对型编码器作为采样对象的胶印机印刷速度计算流程如图3a所示。假设采样中断时间设为100ms，那么在1秒时间内可以采样中断10次。也即1小时可采样中断36000次。而每次采样所得编码器转过角度的变化量除以360即为每次采样后主机编码器的旋转次数，也即纸张数。由此：印刷速度=（△角度÷360×10）×3600=△角度×100（张数/h）其中：△角度=当前角度值-前次角度值对位于递纸手处的接近开关而言，除了将其作为前规角度时序调整之用外，PLC系统所采集的接近开关状态信号无法处理、获取并显示主机实际角度位置（由胶印机各色组机械凸轮来控制各色组离合压的角度时序等），仅可将其上沿信号作为PLC程序运算处理印刷速度的采样中断信号。当主机运行时，利用PLC系统内部计时器进行计时。一旦系统得到接近开关输出的上沿信号就执行程序中断处理，读取系统当前计时器内数据并赋给系统数据块，同时对计时器复位。从理论上讲，赋给数据块的数据（接近开关输出2个上沿信号之间的时间）即可认为是主机转动一圈所需的近似时间。那么，通过PLC程序运算处理就可以近似地得出胶印机的印刷速度了。接近开关为采样对象的胶印机印刷速度计算流程如图3b所示。注意：在实际程序编制过程中还需要进行一些必要的运算处理，以保证系统采集处理后的印刷速度数据更趋精确。计算印刷速度通常指胶印机在正向印刷过程中的速度，不存在胶印机反向印刷的可能性。因此，在实际计算印刷速度时，只需考虑主电机在正转情况下的印刷速度；一旦主电机反转，无需考虑印刷速度的计算。

本文在吸收、消化和理解不同胶印机部分控制程序的基础上对胶印机印刷速度的计算方法进行了剖析，分析了三种不同采样对象输出信号的特点、适宜的场合以及对PLC系统模块配置的要求；同时，将笔者对印刷速度计算的理解和分析思路与同行共享。本文希望能有助于同行在实际应用过程中更合理地选择采样对象，以满足PLC系统和胶印机印刷速度的设计要求，尽可能地使不同PLC系统控制程序更具互通性、易读性和借鉴性。基于PLC为主控单元并辅以可编辑且具有人机友好智能交互画面的HMI，已成为未来胶印机向自动化、柔性化、智能化发展的一种必然趋势。（本文作者：陈贤国 单位：上海光华印刷机械有限公司）