多色印刷机 (Printing Press)

面向软包装、标签印刷、卷筒印刷的中高端多色印刷设备。依托 Darra 多组电子凸轮 (CamSet) + 色标跟踪 + 卷绕锥度张力 三大工艺对象, 在 250 µs 周期内完成 6 色版辊同步 + 收放卷张力闭环 + 烘箱 PID。

---

1. 设备简介

凹/凸版多色印刷机的核心是"一套主基准 → N 色版辊同步转 → 每色到色标处精准压印 → 烘干 → 收放卷张力恒定"。典型指标:

项目	参数
色数	6 色 (可配 4/6/8)
印刷速度	≥ 200 m/min (实测 220)
套印精度	±0.05 mm (实测 ±0.04)
张力控制	±3% (实测 ±1.8%)
张力范围	20~500 N
色标跟踪收敛	≤ 3 个印图 (实测 2)
EtherCAT 周期	250 µs, 抖动 < 3 µs
烘箱温区	6 区, 60~180°C

工艺链: 放卷 (张力闭环) → 色 1 印版 → 烘箱 1 → 色 2 印版 → 烘箱 2 → ... → 色 6 印版 → 烘箱 6 → 冷却辊 → 收卷 (锥度张力)。

---

2. 项目模块组成

层	项目	职责
实时驱动	DarraRT.sys + DarraRT_Eth.sys + DarraRT_PLC.sys	内核调度 + EtherCAT
服务层	Darra.PLC.Service	运行时管理
用户层	Darra.PLC.Panel + Darra.PLC.IDE	操作 + 开发
视觉层	海康 SDK + Darra 视觉桥接	印刷质量检测

PLC 单元:

单元	周期	说明
PRG_MAIN	10 ms	全局状态机
PRG_VMASTER	250 µs	虚拟主轴发生器
PRG_CAMS	250 µs	6 色电子凸轮组 + 色标跟踪
PRG_UNWIND	1 ms	放卷张力闭环
PRG_REWIND	1 ms	收卷锥度张力
PRG_DRYER	10 ms	6 区烘箱 PID + 变频
PRG_VISION	20 ms	印刷质量视觉

---

3. 机械装配架构

 [放卷轴 (500 N)] ─┬─ 张力辊 ─ 牵引辊 ─→
                     ↓
                 色 1 版辊 ─ 烘箱 1 (60~120°C)
                     ↓
                 色 2 版辊 ─ 烘箱 2
                     ↓
                    ...
                     ↓
                 色 6 版辊 ─ 烘箱 6
                     ↓
                 冷却辊
                     ↓
 [收卷轴 (500 N, 锥度张力)]

 色标传感器 CM1..CM6 安装在每色压印前, 直连对应色版辊伺服的探针输入

轴汇总:

轴	功能	规格
Axis_VMaster	虚拟主轴	软件生成
Axis_Color1..6	6 色版辊	SV660N 2.2 kW × 6 + 绝对值编码器
Axis_Unwind	放卷	SV660N 5.5 kW
Axis_Rewind	收卷	SV660N 5.5 kW
Axis_Pull1	入料牵引	SV660N 1.5 kW
Axis_Pull2	出料冷却辊	SV660N 1.5 kW

---

4. 程序架构

   Darra.PLC.IDE
        | 下装
        v
   Darra.PLC.Service  <--->  Panel (HMI ×3, 前中后操作台)
        | IOCTL
        v
   DarraRT_PLC.sys  =GlobalIO=  DarraRT_Eth.sys
                                    | EtherCAT (250 µs, 环形冗余)
                                    v
   AM600 CPU → DI/DO → PT100 ×3 → AO ×3 → SV660N ×10 → 电磁阀岛

色标传感器 6 路直连对应 SV660N 的 TouchProbe1, 硬件锁存, 不占 PDO 带宽。

任务调度:

• 250 µs: PRG_VMASTER / PRG_CAMS
• 1 ms: PRG_UNWIND / PRG_REWIND
• 10 ms: PRG_MAIN / PRG_DRYER
• 20 ms: PRG_VISION / HMI 刷新

---

5. 硬件 BOM (国产化)

类别	型号	品牌	数量	单价 (¥)	小计
工控机	IPC-610H (i7-12700 / 16 G / 256 G SSD)	研华	1	6,000	6,000
HMI (主操作台)	TK8071iE 10 寸	威纶通	1	1,800	1,800
HMI (副操作台)	TK6071iQ 7 寸	威纶通	2	1,280	2,560
伺服驱动 (6 色版辊)	SV660N-EtherCAT 2.2 kW	汇川	6	3,800	22,800
伺服电机 (版辊)	ISMH1-22C30CB + 抱闸	汇川	6	3,200	19,200
伺服驱动 (收放卷)	SV660N-EtherCAT 5.5 kW	汇川	2	6,800	13,600
伺服电机 (收放卷)	ISMH1-55C30CB	汇川	2	5,800	11,600
伺服驱动 (牵引 / 冷却)	SV660N 1.5 kW	汇川	2	3,200	6,400
伺服电机	ISMH1-15C30CB	汇川	2	2,800	5,600
EtherCAT IO 主	AM600-CPU1608TP	汇川	1	1,800	1,800
DI 模块	AM600-1600END	汇川	2	580	1,160
DO 模块	AM600-1600ETN	汇川	2	580	1,160
PT100 模块	AM600-4PT	汇川	3	1,200	3,600
AO 模块 (加热)	AM600-4DA	汇川	3	980	2,940
变频器 (热风)	MS300-11 kW	台达	6	4,200	25,200
张力传感器	U9B 500 N	国产	2	2,400	4,800
色标传感器	BC50D 三色通道	奥普	6	780	4,680
卷径传感器	超声波 0~1 m	国产	2	380	760
版辊编码器	5000 ppr 绝对值	雷赛	6	850	5,100
视觉检测	500 万像素 × 2 + 光源	海康	1 套	15,000	15,000
电磁阀岛	EtherCAT 16 联	亚德客	1	2,800	2,800
气缸 (对版 / 压印)	标准	亚德客	20	320	6,400
加热棒 6 kW × 6 区	陶瓷	国产	18	260	4,680
SSR 继电器 40 A	-	国产	18	85	1,530
PT100 传感器	M8 × 100	国产	18	35	630
安全光幕 (各工位)	800 mm 10 光轴	舜驰	4	800	3,200
电控柜 (大柜 + 分柜)	威图国产	-	1 套	8,000	8,000
端子 / 线缆 / 杂项	-	-	1 套	8,000	8,000
合计					¥190,900

说明: 控制系统 BOM ¥19 万; 若降规格可做到 ¥14 万。

---

6. IO 模块配置

6.1 配置流程

1. IDE → 设备视图 → 新建 EtherCAT 主站 (LAN2), 周期 = 250 µs
2. 扫描拓扑, 从站顺序: AM600 CPU → DI ×2 → DO ×2 → PT100 ×3 → AO ×3 → SV660N ×10 → 电磁阀岛
3. 版辊伺服别名 Axis_Color1..6, 绝对值编码器回原点一次即可
4. 色标传感器 BC50D 的 NPN 输出 → SV660N 数字探针 DI5, 在驱动参数里打开 TouchProbe1 上升沿
5. 张力传感器接 AM600-4AD (0~10 V), AI 通道映射 AI_Tension_In/Out
6. 超声波卷径接 AI (010 V → 01 m)
7. PT100 × 18 = 3 个 4PT 模块, 映射 AI_TempZone1..18, 每色 3 点温度 (上 / 中 / 下)
8. AO 模块 → SSR PWM 驱动信号 (0~10 V 转占空比)

6.2 IO 清单 (节选)

地址	符号	说明
I0.0..5	SB_Start/Stop/EStop/Reset/Auto/Manual	按钮
I0.6	SEN_LightCurtain_Main	主光幕
I0.7	SEN_WebBreak	断纸检测
I1.0	SEN_UnwindEnd	放卷用完
I1.1	SEN_RewindFull	收卷满
I1.2..7	SEN_ColorReady1..6	6 色版到位
伺服 TP	TP_ColorMark1..6	6 色色标 (驱动内锁存)
AI0.0	AI_Tension_In	放卷张力
AI0.1	AI_Tension_Out	收卷张力
AI0.2	AI_Rewind_Diameter	收卷卷径
AI0.3	AI_Unwind_Diameter	放卷卷径
AI1.0..5	AI_DryerTemp1..6	6 区平均温度
Q0.0	MTR_MasterEnable	虚拟主轴使能
Q0.1..6	SOL_PressColor1..6	6 色压印气缸
Q0.7	SOL_EStopBrake	急停刹车
AO0.0..5	AO_HeaterDuty1..6	6 区加热占空比
AO1.0..5	AO_DryerFanFreq1..6	6 区热风变频

6.3 伺服绑定

轴别名	SlaveIndex	探针	用途
Axis_VMaster	- (虚拟)	-	主基准
Axis_Color1	10	TP1 ← CM1	色 1 版辊
Axis_Color2	11	TP1 ← CM2	色 2 版辊
...
Axis_Color6	15	TP1 ← CM6	色 6 版辊
Axis_Unwind	16	-	放卷
Axis_Rewind	17	-	收卷
Axis_Pull1	18	-	入料牵引
Axis_Pull2	19	-	冷却辊

---

7. 核心数据结构

TYPE RECIPE_PRINT :
STRUCT
    Name            : STRING(64);
    Substrate       : STRING(32);              // "BOPP25" "PET12"
    ColorCount      : INT;                     // 1..6
    ColorPitch      : LREAL;                   // 色间距 mm
    LineSpeed       : LREAL;                   // 车速 m/min
    UnwindTension   : LREAL;                   // 放卷张力 N
    RewindTensionMin: LREAL;
    RewindTensionMax: LREAL;
    RewindTaperK    : LREAL;                   // 锥度 0..1
    DryerTemp       : ARRAY[1..6] OF LREAL;
    DryerFanFreq    : ARRAY[1..6] OF LREAL;
    CamTableId      : ARRAY[1..6] OF INT;
    TrackingEnable  : ARRAY[1..6] OF BOOL;
    TrackingKp      : ARRAY[1..6] OF LREAL;
    TrackingLimit   : ARRAY[1..6] OF LREAL;
END_STRUCT
END_TYPE

TYPE MACHINE_STATE :
(
    Idle, PreHeat, Threading, Running, Paused, Fault
);
END_TYPE

VAR_GLOBAL
    gState      : MACHINE_STATE := MACHINE_STATE#Idle;
    gRecipe     : RECIPE_PRINT;
    gTensionIn  : LREAL;
    gTensionOut : LREAL;
    gDiaRew     : LREAL;
    gDiaUnw     : LREAL;
    gDryerOut   : ARRAY[1..6] OF LREAL;
    gMeters     : LREAL;            // 已印米数
END_VAR

---

8. 核心程序代码

8.1 虚拟主轴

PROGRAM PRG_VMASTER
VAR
    mc_pwr : MC_Power;
    mc_vel : MC_MoveVelocity;
END_VAR

mc_pwr(Axis := Axis_VMaster, Enable := TRUE);

mc_vel(
    Axis         := Axis_VMaster,
    Velocity     := gRecipe.LineSpeed * 1000.0 / 60.0,   // m/min -> mm/s
    Acceleration := 500,
    Deceleration := 500,
    Execute      := gState = MACHINE_STATE#Running
);
END_PROGRAM

8.2 工艺对象 — 6 色电子凸轮组

FUNCTION_BLOCK FB_ColorCam
VAR_INPUT
    Execute     : BOOL;
    CamTableId  : INT;
    Pitch       : LREAL;     // 色间距
END_VAR
VAR_IN_OUT
    Master      : AXIS_REF;     // 虚拟主轴
    Slave       : AXIS_REF;     // 色版辊
END_VAR
VAR
    camSel : MC_CamTableSelect;
    camIn  : MC_CamIn;
END_VAR

camSel(
    CamTable      := CAM_PrintTables[CamTableId],
    Master        := Master,
    Slave         := Slave,
    Periodic      := TRUE,
    MasterScaling := Pitch,
    SlaveScaling  := 1.0
);

camIn(
    Master        := Master,
    Slave         := Slave,
    MasterOffset  := 0,
    SlaveOffset   := 0,
    StartMode     := MC_STARTMODE#Absolute,
    Execute       := Execute AND camSel.Done
);
END_FUNCTION_BLOCK

PROGRAM PRG_CAMS
VAR
    fbCam : ARRAY[1..6] OF FB_ColorCam;
    i     : INT;
END_VAR

FOR i := 1 TO gRecipe.ColorCount DO
    fbCam[i](
        Execute    := gState = MACHINE_STATE#Running,
        CamTableId := gRecipe.CamTableId[i],
        Pitch      := gRecipe.ColorPitch,
        Master     := Axis_VMaster,
        Slave      := Axis_Color[i]
    );
END_FOR
END_PROGRAM

8.3 工艺对象 — 色标相位补偿 (每色一路)

FUNCTION_BLOCK FB_ColorTracking
VAR_INPUT
    Enable   : BOOL;
    Kp       : LREAL;
    LimitMm  : LREAL;
END_VAR
VAR_IN_OUT
    SlaveAx  : AXIS_REF;    // 色版辊
    Probe    : AXIS_PROBE;  // 对应色标探针
END_VAR
VAR
    probe    : MC_TouchProbe;
    phase    : MC_PhasingRelative;
    err, corr: LREAL;
END_VAR

probe(Axis := SlaveAx, Probe := Probe, Execute := Enable);
IF probe.Done THEN
    err  := probe.RecordedPosition - 0.0;    // 期望 0 (= 凸轮起始)
    corr := LIMIT(-LimitMm, -err * Kp, LimitMm);
    phase(Master := SlaveAx, Slave := SlaveAx,
          PhaseShift := corr, Velocity := 200,
          Acceleration := 5000, Execute := TRUE);
    probe(Axis := SlaveAx, Probe := Probe, Execute := FALSE);
    probe(Axis := SlaveAx, Probe := Probe, Execute := TRUE);
END_IF
END_FUNCTION_BLOCK

8.4 工艺对象 — 卷绕锥度张力

FUNCTION_BLOCK FB_RewindTaper
VAR_INPUT
    TensionMeas : LREAL;
    DiameterMeas: LREAL;
    TensionMin  : LREAL;
    TensionMax  : LREAL;
    TaperK      : LREAL;        // 0..1
    DiaMin      : LREAL := 100;
    DiaMax      : LREAL := 600;
END_VAR
VAR_IN_OUT
    Axis        : AXIS_REF;
END_VAR
VAR
    target      : LREAL;
    pid         : FB_PIDT1;
END_VAR

// F(r) = Fmin + (Fmax - Fmin) * (1 - k * (r - rmin)/(rmax - rmin))
target := TensionMin +
          (TensionMax - TensionMin) *
          (1.0 - TaperK * (DiameterMeas - DiaMin) / (DiaMax - DiaMin));
target := LIMIT(TensionMin, target, TensionMax);

pid(Setpoint := target, Actual := TensionMeas,
    Kp := 0.5, Ti := T#0.1s, Td := T#0s,
    OutMin := 0.0, OutMax := 1.0);

Axis.TargetVel := pid.Out * gRecipe.LineSpeed * 1000.0 / 60.0;
END_FUNCTION_BLOCK

8.5 工艺对象 — 6 区烘箱 PID

PROGRAM PRG_DRYER
VAR
    pids : ARRAY[1..6] OF FB_PIDT1;
    i    : INT;
END_VAR

FOR i := 1 TO 6 DO
    pids[i](
        Setpoint := gRecipe.DryerTemp[i],
        Actual   := AI_DryerTemp[i],
        Kp := 1.6, Ti := T#20s, Td := T#5s,
        OutMin := 0.0, OutMax := 1.0
    );
    gDryerOut[i] := pids[i].Out;
    AO_HeaterDuty[i] := gDryerOut[i];
    AO_DryerFanFreq[i] := gRecipe.DryerFanFreq[i];
END_FOR
END_PROGRAM

---

9. 运行与调试

9.1 上电首检

1. 各轴绝对值编码器回原点一次
2. 气压 ≥ 0.6 MPa, 冷却水常开
3. 6 区 PT100 读数室温附近
4. EtherCAT 扫描从站数 = 配置

9.2 穿料流程

1. 手动爬行模式 (5 m/min)
2. 把基材从放卷 → 各色版 → 烘箱 → 收卷串起来
3. 每色压印气缸暂不压下, 防止空转磨版

9.3 预热

1. HMI 设配方 → 预热启动
2. PRG_DRYER 按配方温度整定, 约 10 min 到温, 保持 5 min

9.4 套印对齐

1. 先不跟色标, 仅用电子凸轮同步, 观察印图错位
2. 手动粗调各色版辊相位偏移 (凸轮 MasterOffset), 误差 < 1 mm
3. 打开 TrackingEnable, Kp 从 0.3 起步, 观察收敛速度
4. 目标: 3 个印图内收敛到 ±0.05 mm

9.5 收卷锥度标定

1. 用新卷筒, 起始卷径 100 mm, 张力设 280 N
2. 收卷达 600 mm, 张力应自动降到 280 × (1 - 0.15) = 238 N
3. 测量膜卷硬度, 若外圈松软, 把 TaperK 从 0.15 调到 0.10 (减小锥度)

9.6 换单换版流程

1. 减速到 20 m/min, 收卷剪膜, 贴新卷头
2. 切新配方 RECIPE_PRINT.Name := "活件XXX"
3. 6 色版辊逐色上版 (气动压印抬起 → 更换版辊 → 放下)
4. HMI → "自动对版" → PLC 让虚拟主轴低速走 3 米, 每色凸轮自动把色标对齐
5. 检样合格后加速到目标车速

9.7 穿料断纸处理

任意工位断纸时 SEN_WebBreak = TRUE:

• PLC 立即执行急停刹车 SOL_EStopBrake := TRUE
• 所有色版辊抬起 (避免膜拖出墨渍)
• 烘箱降到 60°C 待机
• 工人重新穿料后 HMI 复位

9.8 关键日志

日志	路径
套印误差趋势	%AppData%/DarraPLC/logs/print_tracking_*.log
张力 / 卷径	%AppData%/DarraPLC/logs/winder_*.log
烘箱温度	%AppData%/DarraPLC/logs/dryer_*.log
视觉缺陷	%AppData%/DarraPLC/logs/vision_*.log
色标探针命中	%AppData%/DarraPLC/logs/touch_probe_*.log

9.9 套印调试口诀

• 先稳主, 再跟色: Axis_VMaster 速度环整定好 (<0.1% 波动) 再打开色标 Tracking
• 先 4 色, 后加色: 6 色全开会互相干扰, 建议 4 色通过后再加 5、6 色
• Kp 不冒险: 过大会震荡, 过小会收敛慢, 建议从 0.4 起步, 每次加 0.1

---

10. Darra 功能对照表

工艺需求	Darra 功能
虚拟主基准	Darra 虚拟轴 + MC_MoveVelocity
6 色同步	电子凸轮组 MC_CamIn × 6 (不同 MasterOffset)
色标相位补偿	硬件 TouchProbe + MC_PhasingRelative
放卷张力	FB_PIDT1 + 速度修正
收卷锥度张力	内置锥度函数 + PID
烘箱 6 区 PID	FB_PIDT1 + AO 0~10 V + SSR
印刷质量视觉	Darra 视觉桥接 + 海康 500 万像素
EtherCAT 冗余	Eth 驱动原生支持环形
远程运维	Service 内置 MQTT 上云
配方	RECIPE_PRINT + HMI 多配方管理

---

9.10 维护周期

项目	周期	说明
版辊清洗	每班	专用溶剂 + 海绵辊
烘箱过滤网	30 天	粉尘堵塞会导致温度过高
色标传感器镜头	15 天	油墨飞沫清理
张力辊轴承	180 天	加油
版辊编码器	365 天	绝对值需偶尔重新标零

9.11 OEM 出货清单

• 出厂前烧入 License 与机器 CPU 指纹绑定
• HMI 软件全中文界面 (海外版本 Darra 提供英文 / 俄文 / 西班牙文)
• 云端默认基础版 (30 天免费, 到期后客户自选升级)
• 备件清单随机: 色标传感器 ×2, PT100 ×6, SSR ×6, 伺服保险丝 ×10

---

11. 项目总结

• 控制系统 BOM ¥19 万: 6 色版辊 + 2 收放卷 + 2 牵引 = 10 轴, 一机全部驱动
• 250 µs 周期: 为套印精度做保障, Darra 实测抖动 < 3 µs
• 工艺对象全套内置: 电子凸轮组 / TouchProbe / 锥度张力 / PID, 主代码 < 500 行
• 套印精度 ±0.04 mm: 超目标 ±0.05 mm
• 张力稳定 ±1.8%: 超目标 ±3%
• 收敛快: 色标跟踪 2 个印图即锁定
• 批量销售: OEM License 按机器指纹发放, 已上线 3 个月出货 5 台

下一步: 接入 AI 色差补偿 (按基材 / 油墨 / 温度联合建模), 进一步提升色彩一致性和首印合格率。

11.1 投产验收清单

• 空载 8 h 连续运行: EtherCAT 0 帧错, 伺服 0 报警
• 穿料 4 h 连续运行: 6 色全开, 套印误差 < 0.06 mm
• 带料 8 h 试产: 客户指定活件的印样全部通过
• 急停响应 < 300 ms (含机械刹车)
• 断纸自动保护: 墨刀自动抬起, 烘箱自动降温

11.2 迭代路线

• V1.0: 6 色套印, 220 m/min, 套印 ±0.04 mm
• V1.1: 接入视觉全检 + 自动生成缺陷报告
• V1.2: AI 色差闭环, 第一米即合格
• V2.0: 引入 8 色 + UV 固化工位

11.3 运营数据 (出货 5 台)

指标	值
平均开机率	86%
单日产量	18 万米 / 机
月度故障次数	< 3 次 / 机
MES 对接率	100%
远程修复率	72%