馮　謙

摘要：在傳統(tǒng)的印刷機控制中，張力控制采用磁粉離合器和張力控制器來實現(xiàn)，但這種控制形式存在以下問題:(1)調(diào)節(jié)速度不快，難以在高速印刷機上應(yīng)用;(2)張力控制精度不高;(3)印刷機上各張力段彼此獨立，難以實現(xiàn)自動控制;(4)磁粉離合器存在發(fā)熱和磨損問題，維修困難。變頻器傳動的印刷機張力控制系統(tǒng)，將印刷機的放卷、前牽引、印刷主軸、后牽引和收卷輥分別由單獨的變頻器拖動，通過控制各段傳動輥的線速度，實現(xiàn)張力的高精度控制。

關(guān)鍵詞：印刷機 張力 控制 技術(shù)

0 引言

在傳統(tǒng)的印刷機控制中，張力控制采用磁粉離合器和張力控制器來實現(xiàn)，但這種控制形式存在以下問題:①調(diào)節(jié)速度不快，難以在高速印刷機上應(yīng)用；②張力控制精度不高；③印刷機上各張力段彼此獨立，難以實現(xiàn)自動控制；④磁粉離合器存在發(fā)熱和磨損問題，維修困難。

為解決以上問題，我們開發(fā)了一種變頻器傳動的印刷機張力控制系統(tǒng)，將印刷機的放卷、前牽引、印刷主軸、后牽引和收卷輥分別由單獨的變頻器拖動，通過控制各段傳動輥的線速度，實現(xiàn)張力的高精度控制。

1 印刷控制技術(shù)

在印刷機中，印刷材料經(jīng)過放卷、前牽引、各套色印刷輥、后牽引和收卷完成整個印刷過程，由于各傳動輥的線速度差異，因此在各傳動輥間產(chǎn)生張力，在印刷工藝中要求對各段張力進行嚴格的控制，尤其對有光電對版的高速機種，各段張力的控制精度要求在±1%以內(nèi)。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)主要由人機界面、PLC、矢量變頻器、編碼器和擺輥式張力檢測機構(gòu)組成，人機界面(HMI)采用臺達10寸彩色屏，通過它可以在線顯示設(shè)備運行狀況、設(shè)定設(shè)備各項參數(shù)并打印生產(chǎn)報表；PLC選用FAMA SC-500，在系統(tǒng)中用兩臺PLC是兼顧速度和可靠性的考慮，一臺用作設(shè)備的張力控制、另一臺作設(shè)備I/O控制；傳動采用臺達V系列矢量型變頻器，安裝在傳動軸上的編碼器將脈沖信號回饋到變頻器的PG卡中，形成速度閉環(huán)，使整體速度精度控制在在3‰以內(nèi)；在本系統(tǒng)中，人機界面與PLC、PLC與各變頻器之間通過RS485通訊連接，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

3 張力控制原理

在高速印刷機控制中，對各段張力的控制不僅要求有高精度，而且要求有很高的速度響應(yīng)性，如用傳統(tǒng)的PID控制，在印刷機加(減)速時，前級傳動軸先加(減)速，后級軸后加(減)速，速度差Δv造成張力Δf的變化，設(shè)備速度變化越快，Δv越大，Δf也越大，該Δf加到PID環(huán)后會出現(xiàn)張力超調(diào)甚至震蕩，如調(diào)節(jié)P.I.D參數(shù)避免張力超調(diào)，系統(tǒng)的響應(yīng)速度會變慢，因此該方法很難滿足要求，如簡單的采用同步控制，雖然可以解決張力突變問題，但該方式為張力開環(huán)控制，如果出現(xiàn)前級傳動軸快與后級傳動軸慢時，張力會變得越來越大，反之張力越來越小，產(chǎn)生傳動速度的誤差積累問題，無法自動調(diào)節(jié)，因此，本系統(tǒng)采用以上兩種的結(jié)合

在本控制系統(tǒng)中，由變頻器和編碼器組成速度控制內(nèi)環(huán)，PLC、張力傳感器組成張力外環(huán)，實現(xiàn)對張力的串級控制；同時將測算出的放卷輥輸出線速度，換算成轉(zhuǎn)速后加到放卷輥后各傳動輥的速度環(huán)上，作為速度的初始給定，這樣，在進行張力調(diào)節(jié)之前，各傳動輥間線速度基本同步，此時各傳動輥間速度誤差在1%以內(nèi)，張力誤差在3%以內(nèi)(實測值)，然后通過張力串級調(diào)節(jié)進一步提高張力控制精度。

3.1 放卷線控制 放卷輥為印刷機各傳動輥的第一級，其它各輥速度跟隨放卷輥，在本系統(tǒng)中，人機界面設(shè)定設(shè)備的運行線速度，通過測量放卷輥的半徑，可計算出卷輥的轉(zhuǎn)速；具體辦法為:PLC測量放卷輥上安裝的編碼器，每到一定角度(例如600)產(chǎn)生一次中斷，此時測量材料走過的距離L，則R=6L/2Π,放卷轉(zhuǎn)速為:n=l/2ΠR。l為設(shè)定的設(shè)備運行速度。

3.2 速度同步控制 在本系統(tǒng)中，為保證各傳動輥之間的線速度基本同步，需對各傳動輥的驅(qū)動單元進行速度初給定，初給定的速度以放卷輥為基準。設(shè)備的運行速度在人機界面中設(shè)定，通過PLC計算后，換算成各變頻器運行的頻率，經(jīng)PLC上的RS485口給各輥驅(qū)動變頻器?？紤]到各變頻器的加減速及傳動機構(gòu)的特性很難一致，故需對除放卷輥外其它變頻器的速度初給定作一調(diào)整，即實際給定速度V=KV0，V0為計算速度，K為修正系數(shù)，實際調(diào)試中發(fā)現(xiàn)對每段傳動K值并不為恒定的，后對設(shè)備在加速、均速和減速狀態(tài)下分別修正不同的K值，在不加張力控制時，各傳動輥的速度偏差可控制在0.8%以內(nèi)。

3.3 張力控制 各段張力的設(shè)定在人機界面中進行，設(shè)定張力由PLC計算，經(jīng)D/A模塊送電氣轉(zhuǎn)換裝置，轉(zhuǎn)換成氣信號后給擺輥氣缸，當(dāng)印刷材料張力大于設(shè)定值時，擺輥上移，反之下降，同時送出電壓信號給PLC。

各段傳動經(jīng)過速度初給定后，線速度偏差不大，因此張力偏差信號較小，該信號經(jīng)PLC PID運算處理后疊加到速度初給定上，控制變頻器輸出，通過控制速度實現(xiàn)張力控制。

4 印刷控制實例

所謂定長印刷控制是指每次印刷的長度是固定的。用戶在觸摸屏上輸入印刷長度，選擇印刷速度和設(shè)置印刷數(shù)量。然后由PLC將用戶設(shè)置的數(shù)據(jù)進行一定的運算處理后控制伺服電機進行高速定長定位。由于運行速度較高，但用戶設(shè)計的滾筒很重，慣量很大；由于要求停車要平穩(wěn)。為此我們利用了富士PLC中的一些特殊指令，配合我們自己的一些特殊運算公式，能夠做到PLC指令脈沖的S型加減速，并且從伺服檢測曲線來看也完全實現(xiàn)了電機S型減速，達到平滑停車的效果。大大減少了大直徑滾筒對伺服電機的沖擊而產(chǎn)生的位置偏差。在實現(xiàn)這種停車效果的編程調(diào)試中，我們感覺到富士的PLS1發(fā)脈沖指令在這方面上有充分的優(yōu)勢。首先它的加減速時間短，只有6ms；其次可以在發(fā)脈沖時不斷變換脈沖頻率，可以做到分級減速。這樣的停車使得電機能平滑減速，減少了大慣量的滾筒對機械的沖擊，實現(xiàn)了高節(jié)拍運行與平穩(wěn)停車的目標。此外，盡管富士的這款SPB系列的小型PLC價格較低，但是具有發(fā)送2路高達100KHz脈沖的能力。換句話說，它可以同時控制兩個交流伺服電機，實現(xiàn)高速、高精度定位。這也是我們與客戶一致認同采用富士PLC的一大因素。

5 設(shè)備的調(diào)試

實際調(diào)試中，先對速度同步環(huán)節(jié)進行調(diào)試，此時切除張力控制部分，當(dāng)各輥的線速度同步誤差在1%以下時，再加入張力控制部分，張力調(diào)試先單段進行，沖前向后依次調(diào)試，最后再進行系統(tǒng)連調(diào)。

6 小結(jié)

在實際應(yīng)用中，當(dāng)印刷機速度在200m/min時，張力控制精度可達0.9%，滿足設(shè)備工藝要求。

參考文獻:

[1]李平等.造紙機的微機過程控制系統(tǒng)[J].輕工自動化及儀表.

[2]過程控制工程手冊[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社.1993.