基于 PLC 的印刷机械生产线控制系统设计

1. 引言

印刷机械生产线是印刷行业的核心装备，其控制水平直接影响产品质量与生产效率。传统生产线依赖人工操作与分散控制，存在以下问题：

工序协同性差，易出现物料输送错位、印刷对位不准等问题；

故障检测滞后，停机维修时间长，影响生产连续性；

人工干预多，产品质量一致性低，不良率常高于 8% 。

随着工业 4.0 理念的推进，PLC 以其高可靠性、强抗干扰性和灵活编程能力，成为解决上述问题的关键技术。

2. 系统的总体设计

系统采用 “PLC + 传感器 + HMI” 的架构

核心控制器：选用西门子 1214C DC/DC/DC PLC，支持 14 路输入、10 路输出，满足高速脉冲控制需求；

执行元件：包括雷赛 86CM 步进电机（输送）、120SN10-CQ 直流电机（翻版 / 印刷）、德力西 CDZ9 电磁阀（气缸控制）；

检测元件：E3F-DS30C4 光电传感器（位置检测）、M38CMR2 磁性开关（气缸限位）；

人机交互： TP900 触摸屏，实现参数设置、状态监控与报警提示。

（2）关键设备选型

PLC：西门子 1214C，支持 PROFINET 通信，集成 2 路 100kHz 高速脉冲输出，用于步进电机控制；

步进电机：雷赛 86CM，扭矩 8.5Nm ，步距角 1.8^∘ ，配合 DM542驱动器实现精准位置控制；

传感器：E3F-DS30C4 漫反射光电传感器，检测距离 0-0.7m ，响应时间 ⩽1ms ，确保物料到位检测精准；

报警装置：德力西 LAY5S 蜂鸣器（音量≥ 85dB）与 MF60 LED 指示灯，实现声光双重报警。

4. 硬件系统的接线

本设计的PLC 外部接线如图1 所示.

图 1 PLC 接线图

5. 软件设计

系统程序采用模块化设计，主流程如下：初始化：检测传感器与电机状态，确认系统就绪；自动运行：启动后，步进电机输送物料至印刷位 1，完成正面印刷；翻版动作：物料送至翻版位，触发翻版电机运行，翻转后输送至

印刷位 2；

反面印刷：重复印刷流程，完成后输送至下料区；

异常处理：若检测到缺墨、电机过载等故障，立即停机并触发报警。

（二）关键程序设计

步进电机控制：采用 MC_MoveAbsolute 指令，通过绝对位置模式实现物料精准输送，速度通过 HMI 实时调整；

翻版控制：通过直流电机驱动机械机构，结合时间继电器控制翻转角度，确保对位误差 ⩽1mm ；

故障诊断：子程序实时检测传感器信号，当连续 3 次未检测到物料到位信号时，判定为输送故障并报警。

（三）HMI 设计

触摸屏包含 3 个画面：

主画面：显示生产线整体状态与关键参数（速度、印刷数量）；

控制画面：支持启动 / 暂停 / 复位操作，可设置高低速模式；

报警画面：记录故障类型与时间，支持故障复位操作。

6. 结语

本设计基于 PLC 构建的印刷机械生产线控制系统，实现了以下创新：

硬件选型兼顾性能与成本，西门子 PLC 与雷赛电机的组合确保系统稳定性；

软件模块化设计提高了程序可读性与可维护性，故障诊断子程序缩短了维修时间；

HMI 与 PLC 的实时通信实现了生产过程的可视化管控。

7. 参考文献

[1] 毛学民。基于 PLC 技术的印刷机械设备智能控制分析 [J]. 中国机械，2024 （16）：43- 46.

[2] 齐素平。印刷机械故障监测及诊断技术研究 [J]. 数字印刷， 2019 （06）：11- 15.

[3] Z hang B， T ao Y ， Z hang Y ， et al. Mechanical properties of 3D printed concrete with 2D infill patterns [J]. C onstruction and Building Materials， 2025.

2025 年毕业设计