印刷業正面臨著全球范圍內的技術巨變挑戰。全球所有工業印刷機運營商正在尋求一個進入數碼噴墨印刷領域的契機。瑞士 Wifag-Polytype Technologies 公司成功開發了 Calmar — 用于各種商用噴墨打印頭的工業級控制電子設備。Beckhoff 的 EtherCAT 和 XFC 極速控制技術為開放式高速控制平臺提供了堅實的基礎。
傳統的大批量印刷方法，如凹印和卷筒紙膠印在經濟性上面臨著嚴峻挑戰；單張紙膠印現在還能對未來發展保持謹慎樂觀的態度。另一方面，數碼印刷前景看好，而其中噴墨印刷具有最大潛力。來自瑞士弗萊堡 Wifag-Polytype Technologies 公司數碼技術中心（DCC）的數碼印刷產品經理 Florian Fassler 確認了這一點。他說道：“作為全球三家最知名的制造商之一，原 Wifag 機械工廠主要研制生產報紙印刷機。由于當時很少有企業購買報紙印刷機，公司決定不再進一步開發針對這一領域的新機型。事實上，數碼噴墨印刷將成為 Wifag-Polytype Holding公司各部門的未來。”
據 Florian Fassler 判斷，數碼印刷面臨的主要挑戰一方面是如何提高靈活性，另一方面是如何提升印刷生產效率。只有在這兩者之間找到平衡，印刷機才能夠以盈利的方式朝著當前印刷材料個體化和個性化的趨勢發展。數碼噴墨印刷是一種矩陣印刷方法，生成一個由點矩陣組成的印刷圖像。這些矩陣印刷機在辦公室和家庭中并不陌生，它們被廣泛用作照片打印機。但這些設備的印刷速度比較慢，不適合用于工業印刷。
超高速技術用于敏感的印刷頭
噴墨印刷機的核心部分是印刷頭，使用印刷頭可以通過有針對性的墨滴噴射或偏斜生成印刷圖像。“印刷頭是一種商用系統，與我們的印刷機組和專用的 Calmar 電子設備連接。”Florian Fassler 解釋道。印刷頭的接口相當原始。例如，沒有印刷頭會帶 USB 接口。Calmar 項目組的特殊成就是實現了可用于所有印刷機械的工業級控制電子設備。
“市場上可以購買到的系統由非常復雜的電子系統構成。”FlorianFassler 說道。“這些系統都是難以適應的，且調整也不是一個簡單的過程。最重要的是，它們并不一定適合產業整合。”于是，Calmar 項目團隊計劃開發一個強大的可與現場總線集成的電子控制系統。這與開發一個使用簡單、靈活的產品平臺的目標不謀而合。
在評估階段，項目團隊決定集成 Beckhoff 的 EtherCAT 和 XFC 極速控制技術。Florian Fassler 解釋道：“我們選擇 Beckhoff 及其 EtherCAT 的原因是因為該項技術具有良好的開放性。當我們三年前開始我們的開發活動時，沒有一個系統能夠像 EtherCAT 這樣具有高度確定性、高速以及開放性。該技術方案可以實施到一個 FPGA 中，EtherCAT 通訊系統的集成和執行都很簡單。”
從接口到自動化模塊
將 EtherCAT 和 XFC 集成到 Calmar 電子設備中的一個重要原因是總線和控制系統的運行速度非常快。EtherCAT 是一種具有短周期時間和高數據速率特點的高確定性操作總線。Beckhoff 的 XFC 技術通過用于同步系統時間且最大偏差時間小于 100 納秒的分布式時鐘以及用于過程數據的高精度時間戳功能補充了這一功能。Florian Fassler 說道：“對于印刷頭的同步，必須同時啟動所有相關的控制器。這意味著，每個控制器中的所有任務具有相同的時基并按照控制序列同時啟動。分布式時鐘系統確保所有設備能夠在一個周期內接收時間戳。2 ms 的周期時間通過系統同時產生。”
對于 Calmar 電子系統的集成，項目團隊在 EtherCAT IP 核 ET1810 或 ET1811基礎上創建了其自己的 EtherCAT 接口。這使得 EtherCAT 通訊和應用特定的功能都需要在一個 FPGA 上實施 — 都使用一個簡單、便利的方式，Florian Fassler 這樣說道：“所獲得的工具可以輕松實現 EtherCAT 接口：這一切都有據可查。”其結果是非常成功的，Wifag-Polytype 的 Calmar電子系統現在擁有了一個靈活且堅固耐用的自動化模塊。Florian Fassler繼續說道：“我們現在可以方便地給印刷系統設計一個配置程序，無論它是否有兩張、40 張或甚至更多張 Calmar 卡。現在，噴墨印刷機的設計和自動化改造變得更加簡單。此外，它還為我們提供了更多擴展診斷選項。最后，我們還擁有了一個非常適合工業應用的自動化模塊。”
確保內部安全的同時保持對外部接口的開放性
Calmar 控制解決方案用作 Wifag-Polytype Technologies 公司數碼印刷機的自動化模塊，也可作為 OEM 業務模型框架內的一款單獨設備銷售。公司自己的專業知識也作為一項服務提供給 OEM 客戶。Florian Fassler解釋道：“PLC 架構和源代碼對 OEM 客戶開放；Calmar 專用的軟件庫以及控制室應用程序可以根據要求調整和擴展。連接外部世界的接口也是開放的，不管是連接到 ERP、MES 還是其它數據庫。”
Wifag-Polytype Technologies 公司在 Calmar 項目組內的活動具有一致性：由硬件和軟件專家組成的團隊都要與.NET 技術打交道。可視化系統基于集成有 TwinCAT 3 的微軟 Visual Studio ® 。“可能有部分人會認為Visual Studio ® 是一項新事物或者標準自動化的一項特殊應用，但對我們來說，它只是日常業務的一部分。我們的機器通過 TwinCAT 與使用.NET/Visual Studio ® 開發的控制室應用程序通訊。控制室應用程序負責處理可視化。”Florian Fassler 闡述道。
