1. Einleitung. In den letzten Jahren hat die Fabrikautomatisierung in China dank des Fortschritts der Automatisierungstechnik ein neues Niveau erreicht. Als aufstrebende industrielle Steuerung bietet die SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) einzigartige Vorteile wie geringe Größe, umfassende Funktionen, niedrigen Preis und hohe Zuverlässigkeit und findet daher in verschiedenen Bereichen breite Anwendung. Als größter Druckmaschinenhersteller Chinas – die Beiren Group – haben wir ein Steuerungssystem auf SPS-Basis als Hauptsteuerung eingeführt, um eine stabile Produktleistung und einfache Wartung zu gewährleisten. Da die Zweifarben-Druckmaschine einfache Bedienung und hohe Präzision erfordert und über zahlreiche Ein- und Ausgänge verfügt, wurde eine Zwei-Maschinen-Kommunikation implementiert. Der übergeordnete Rechner (Mitsubishi FX2N-80MR+32EX+4D/A) steuert hauptsächlich den Hauptantrieb, den Kupplungsdruck der einzelnen Einheiten sowie die Luftpumpe und das Luftventil. Der untergeordnete Rechner (Mitsubishi FX2N-64MR+4A/D) steuert den Wasserwalzenmotor, die Drehzahlregelung des Hauptantriebs und die Datenerfassung des Plattenverstellmotors. Gleichzeitig wurde ein 5,7-Zoll-Touchscreen von Mitsubishi ausgewählt, der hauptsächlich die Drehzahl des Wasserwalzenmotors, die Platteneinstellung und allgemeine Maschinenfehler anzeigt. Dieses System ist zuverlässig, wartungsfreundlich und intuitiv zu bedienen, was die Qualität von Offsetdruckmaschinen deutlich verbessert und von den Anwendern hoch gelobt wird. 2. Systemstruktur: Die Ober- und Unterrechner kommunizieren über RS485, was komfortabel und zuverlässig ist. Bei Mehrfarbendruckmaschinen hat Sicherheit höchste Priorität. Bei der Konstruktion jeder Einheit mussten sowohl Sicherheitsfunktionen (Not-Aus und Sicherheitstasten) als auch Bedienkomfort (positive und negative Tasten) berücksichtigt werden. Dadurch erhöht sich einerseits die Anzahl der Eingangspunkte deutlich, andererseits wird die Verkabelung aufwendiger. Die Kommunikation zwischen zwei Maschinen löst dieses Problem effektiv. Die Verkabelung jeder Einheit kann zum nächstgelegenen Schaltschrank geführt werden, was Verkabelungsaufwand spart und die Steuerung vereinfacht. Da Druckmaschinen hochpräzise sind, hängt die Qualität der Druckerzeugnisse von der Präzision der Bearbeitung und Installation sowie vom Gleichgewicht der Wasser- und Farbkreisläufe und der Genauigkeit der Druckapplikation ab. Jede Farbgruppe einer Zweifarben-Druckmaschine verfügt über eigene Wasser- und Farbkreisläufe. Zur einfachen Drehzahlregelung der Wasserwalzen wird jede Walze über einen Frequenzumrichter gesteuert; auch die Drehzahl des Hauptmotors muss über einen Frequenzumrichter angepasst werden. Um eine mehrkanalige Drehzahlregelung zu realisieren, wurde ein Mitsubishi 4D/A Digital-Analog-Wandler (DAC) eingesetzt. Dieser Wandler wandelt das digitale Signal der SPS gemäß einem entsprechenden Algorithmus in eine 0-10-V-Gleichspannung um und erfüllt somit die Anforderungen an die mehrkanalige Drehzahlregelung. Die Plattenjustierung während des Druckvorgangs ist ein relativ aufwendiger Prozess. Insbesondere bei Mehrfarben-Druckmaschinen hat die Ausrichtungsgenauigkeit jeder Plattengruppe einen erheblichen Einfluss auf das Druckerzeugnis. Bei ungenauer Passergenauigkeit entstehen überlappender Text oder unscharfe Bilder. Der axiale Verstellbereich der Druckplatte beträgt in der Regel -2 mm bis +2 mm, der Umfangsverstellbereich -1 mm bis +1 mm. Die manuelle Plattenjustierung ist zeitaufwendig und ungenau. Um die Plattenherstellung zu automatisieren, wurden Potentiometer an den Plattenwalzen installiert. Diese Potentiometer übertragen analoge Signale an den 4A/D-Wandler, der nach der Verarbeitung durch die SPS eine präzise Steuerung der Walzenrotation innerhalb des Plattenherstellungsbereichs ermöglicht. Touchscreens, als neuartige Mensch-Maschine-Schnittstelle, haben seit ihrer Einführung viel Aufmerksamkeit erregt. Ihre einfache Bedienung, ihre leistungsstarken Funktionen und ihre hohe Stabilität machen sie ideal für industrielle Umgebungen. Benutzer können Text, Schaltflächen, Grafiken, Zahlen usw. frei kombinieren, um Informationen zu verarbeiten, zu überwachen und zu verwalten, die sich jederzeit ändern können. Mit der rasanten Entwicklung von Maschinen erfordern traditionelle Bedienoberflächen qualifizierte Bediener, was die Effizienz beeinträchtigt. Mensch-Maschine-Schnittstellen hingegen zeigen den Bedienern den aktuellen Maschinenstatus klar an und informieren sie darüber, wodurch die Bedienung einfach und intuitiv wird. Der Einsatz von Touchscreens standardisiert und vereinfacht zudem die Maschinenverdrahtung, reduziert die Anzahl der für die SPS-Steuerung benötigten E/A-Punkte, senkt die Produktionskosten und erhöht die Wertschöpfung des Gesamtsystems. Mitsubishi-Touchscreens und Mitsubishi-SPSen zeichnen sich durch hohe Flexibilität aus und ermöglichen Online-Überwachung und Programmänderungen ohne umständliches, wiederholtes Ein- und Ausstecken von Schnittstellen. 3 Software-Design 3.1 Papierzufuhr-Design Die elektrische Gesamtkonstruktion einer Druckmaschine ist relativ komplex und unterliegt strengen Timing-Anforderungen. An vielen Stellen der Maschine sind Näherungsschalter installiert, um verschiedene Zeitpunkte zu erfassen. Die Qualität der Papierzufuhr ist während des Druckprozesses ein entscheidender Faktor für die Maschinenqualität. Eine gute Papierzufuhr bedeutet, dass kein schiefes oder doppelt eingelegtes Papier vorhanden ist. Bei hohen Geschwindigkeiten wird das fehlerhafte Papier in die Maschine eingezogen, beschädigt die Druckplatten und verursacht erhebliche Verluste. In unseren Versuchen stellten wir fest, dass das gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erstellte Programm bei niedrigen Geschwindigkeiten einwandfrei funktionierte. Bei Geschwindigkeiten bis zu 7000 U/min konnte schief eingelegtes Papier jedoch nicht mehr erfasst werden. Hauptgrund hierfür war die Verzögerung in der Reaktionszeit des Laserkopfes und der Ansprechzeit des Magneten. Während der Programmausführung wurde ein zyklisches Scanverfahren verwendet. Um die Ausgabe des Elektromagneten zu beschleunigen, wurden Interrupts und Aktualisierungsbefehle für Ein-/Ausgabe der Mitsubishi-Programmieranweisungen in die Konstruktion integriert. Dies gewährleistete die sofortige Ausführung der Elektromagnetausgabe und beschleunigte deren Reaktionszeit. Selbst bei 12.000 U/min ermöglichte dies ein effektives Blockieren fehlerhaften Papiers und löste somit ein Hauptproblem der Papierzufuhr. 3.2 Kupplungsdruckkonstruktion Der Kupplungsdruck spielt eine entscheidende Rolle beim Drucken. Die Genauigkeit des Kupplungsdrucks beeinflusst direkt die Qualität des Druckerzeugnisses. Zu früher Druckaufbau verschmutzt die Druckwalze und führt zu Bedienungsschwierigkeiten; zu frühe Druckentlastung verhindert, dass das letzte Blatt ein vollständiges Bild druckt, was zu Papierverschwendung führt. Beim Drucken werden zuerst die Plattenwalze und die Gummiwalze, anschließend die Gummiwalze und die Druckwalze angesteuert. In unserer Maschine erfolgt die Druckbeaufschlagung rein pneumatisch, wobei jeder Zylinder eine spezifische Ansteuerzeit hat. Da die Druckgeschwindigkeit in verschiedenen Stufen von 3.000 bis 12.000 U/min einstellbar ist, können je nach Bedarf unterschiedliche Geschwindigkeiten gewählt werden. Die Zylinderansteuerzeit und der Zahnraddrehwinkel sind jedoch fest. Daher variiert die Druckapplikationszeit mit der Maschinengeschwindigkeit. Um dieses Problem zu beheben, berechneten wir die Verzögerungszeit der Maschine für verschiedene Maschinengeschwindigkeiten auf Basis theoretischer Werte. Mithilfe eines Vergleichsbefehls wird bei Übereinstimmung der Maschinengeschwindigkeit mit dem theoretischen Wert eine entsprechende Verzögerung angewendet, um eine präzise Druckapplikation zwischen Gegendruckwalze und Gummiwalze zu gewährleisten. Nach zahlreichen Tests haben sich sowohl die Druckapplikation als auch die Druckentlastung als erfolgreich erwiesen. 3.3 Mensch-Maschine-Schnittstellendesign Die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) umfasst sieben Bildschirme, darunter eine Gesamtgrafik, eine Fehleranzeige, eine Anzeige für Maschinengeschwindigkeit und Zählerstand, eine Anzeige der Wasserwalzengeschwindigkeit und eine Überwachung der Plattenjustierung. Die Fehleranzeige verwendet Indikatoren; durch einfaches Anvisieren des Positionierungselements wird ein Blinkeffekt erzeugt, sodass der Bediener die Fehlerstelle intuitiv erkennen kann. Die Anzeige der Wasserwalzengeschwindigkeit beinhaltet ein Balkendiagramm, das die Zunahme des Wasservolumens darstellt. Durch einfaches Drücken des Balkens wird das Wasservolumen erhöht, was die Überwachung ebenfalls erleichtert. (Siehe Abbildung). 4. Fazit Die elektrische Auslegung einer Druckmaschine ist eine Systemauslegung, die sowohl Hardware als auch Software umfasst und ein breites Spektrum abdeckt. Hier habe ich nur einige der wichtigsten Komponenten kurz vorgestellt; Es gibt viele weitere Details, die hier jedoch nicht aufgeführt werden. Der Einsatz eines Mitsubishi-Steuerungssystems erwies sich als zuverlässig und komfortabel; in der Serienproduktion traten keine größeren Probleme auf. Die SPS ist funktionsreich, zuverlässig, langlebig und verfügt über prägnante Anweisungen. Im Vergleich zu anderen Produkten ist die Benutzeroberfläche des Mitsubishi-Softwaresystems insgesamt benutzerfreundlicher und vereinfacht Programmierung und Wartung erheblich. Touchscreen und SPS sind hervorragend kompatibel, sodass Benutzer Programme über den Touchscreen überwachen und ändern können – ein Merkmal, das andere Produkte nicht bieten. Kurz gesagt: Die industriellen Steuerungskomponenten von Mitsubishi bieten sowohl Entwicklern als auch Anwendern großen Komfort.