劉 棟

(西門子工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)技術(shù)集團(tuán)，廣東廣州，510620)

VariPlusTM是德國(guó)福伊特公司制造的現(xiàn)代化新型高速單輥復(fù)卷機(jī)，具備如下特點(diǎn):①卷取部分是由中心輥驅(qū)動(dòng)、多站復(fù)卷的現(xiàn)代高速?gòu)?fù)卷機(jī);②中心輥與復(fù)卷成品紙卷采用水平排列方式，中心輥兩側(cè)可以分別進(jìn)行卷取，不會(huì)出現(xiàn)聯(lián)體問(wèn)題，紙卷質(zhì)量的增加也不會(huì)對(duì)卷取硬度造成影響;③能自動(dòng)送入紙筒芯、紙幅自動(dòng)粘貼在紙筒芯上、自動(dòng)紙幅切斷、自動(dòng)接頭、自動(dòng)換紙、多站復(fù)卷機(jī)工作站自動(dòng)切換等全自動(dòng)化。

復(fù)卷機(jī)的高速發(fā)展對(duì)傳動(dòng)控制提出了越來(lái)越高的要求，現(xiàn)代化的高性能復(fù)卷機(jī)必須配置先進(jìn)的傳動(dòng)控制系統(tǒng)。本文介紹的基于SINAMICS S120的傳動(dòng)控制系統(tǒng)能充分完成VariPlusTM高速單輥復(fù)卷機(jī)的工藝控制要求。

1 高速單輥復(fù)卷機(jī)系統(tǒng)描述

1.1 性能指標(biāo)

最高工作車速:2500 m/min;原紙卷最大直徑:3700 mm，卷紙幅寬:10950 mm;成品紙卷最小寬度:500 mm，最大寬度:2500 mm，最大直徑:1800 mm;工作站數(shù)目:8個(gè)6 t重型工作站，9個(gè)3 t標(biāo)準(zhǔn)工作站;系統(tǒng)升、降速時(shí)間:80 s。

1.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)與工藝流程TM

VariPlus高速單輥復(fù)卷機(jī)主要由放卷區(qū)域、引紙區(qū)域及收卷區(qū)域3部分組成，如圖1所示［1］。

1.2.1 放卷區(qū)域

放卷區(qū)域由退紙機(jī)架、放卷輥傳動(dòng)電機(jī)、空輥提升裝置、紙軸離合器、氣動(dòng)機(jī)械制動(dòng)裝置和徑向擺動(dòng)裝置等組成。上游紙卷通過(guò)軌道傳輸裝置送達(dá)放卷區(qū)域，在放卷區(qū)域紙幅被放開(kāi)并且保持一定的張力，驅(qū)動(dòng)電機(jī)用于控制開(kāi)卷時(shí)紙幅張力和引紙時(shí)驅(qū)動(dòng)紙卷，當(dāng)紙卷卷完或斷紙時(shí)會(huì)使紙卷減速甚至停車。

1.2.2 引紙區(qū)域

引紙區(qū)域是指從對(duì)縫黏接器到縱切刀的區(qū)域。第一個(gè)導(dǎo)紙輥引領(lǐng)紙幅從放卷區(qū)域進(jìn)入縱切部，其中一個(gè)導(dǎo)紙輥?zhàn)鳛閺埩y(cè)量輥，承載著張力測(cè)量元件。張力測(cè)量輥測(cè)量放卷輥和紙幅分離輥之間的張力。縱切刀按照預(yù)先設(shè)定的寬度完成紙幅的分切。

圖1 VariPlusTM高速單輥復(fù)卷機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)概圖

1.2.3 收卷區(qū)域

收卷區(qū)域相對(duì)比較復(fù)雜，它由紙幅張力分離輥、中心輥主傳動(dòng)、中心輥真空系統(tǒng)、紙幅纏繞偵測(cè)系統(tǒng)、壓區(qū)報(bào)警裝置、騎輥與工作站等組成。紙幅張力分離輥是由分段的包膠騎輥組成，它們連接在軸上，經(jīng)由汽缸作用壓在中心輥上，中心輥的真空系統(tǒng)可以幫助引紙，使紙幅吸附到中心輥上。中心輥內(nèi)設(shè)計(jì)成一個(gè)真空輥，在中心輥的整個(gè)表面分布有孔。如果有紙幅纏繞到中心輥上就會(huì)被紙幅纏繞偵測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到，隨后就會(huì)立即停車。壓區(qū)報(bào)警裝置保護(hù)操作員工的安全。騎輥用來(lái)在啟動(dòng)初期將紙卷壓在中心輥上［1］。

2 變頻傳動(dòng)系統(tǒng)介紹

VariPlusTM高速單輥復(fù)卷機(jī)傳動(dòng)裝置配置如圖2所示。傳動(dòng)系統(tǒng)由放卷輥傳動(dòng)、中心輥傳動(dòng)、工作站傳動(dòng)、縱切刀傳動(dòng)等組成。

圖2 傳動(dòng)裝置配置示意圖

傳動(dòng)裝置詳細(xì)配置如下:①1臺(tái)690 V/2660 kW的SINAMICS SLM整流器，用于放卷輥傳動(dòng)與中心輥傳動(dòng)變頻整流;另加1臺(tái)400 V/800 kW的SINAMICS SLM整流器，用于工作站傳動(dòng)與縱切刀傳動(dòng)變頻整流。②1臺(tái)1900 kW的SINAMICS S120逆變器加上1臺(tái)690 V/1250 kW的SIEMENS交流調(diào)速電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)放卷輥。③1臺(tái)1200 kW的SINAMICS S120逆變器加上1臺(tái)690 V/785 kW的SIEMENS交流調(diào)速電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)中心輥。④1臺(tái)75 kW的SINAMICS S120逆變器加上2臺(tái)400 V/76 kW的SIEMENS交流調(diào)速電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)重型工作站，這種配置共8套，分別驅(qū)動(dòng)8個(gè)重型工作站。⑤1臺(tái)37 kW的SINAMICS S120逆變器加上2臺(tái)400 V/76 kW的SIEMENS交流調(diào)速電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)輕型工作站，這種配置共9套，分別驅(qū)動(dòng)9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工作站。⑥1臺(tái)30 kW的SINAMICS S120逆變器加上20臺(tái)400 V/0.8 kW的SIEMENS交流調(diào)速電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)20套縱切刀。

3 傳動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成

整個(gè)傳動(dòng)控制系統(tǒng)由動(dòng)力部分、PLC控制部分以及變頻器驅(qū)動(dòng)部分3部分組成，如圖3所示。

3.1 動(dòng)力部分

動(dòng)力電源是由1臺(tái)3150 kVA的變壓器將35 kV的電源轉(zhuǎn)換為690 V的動(dòng)力電，用于驅(qū)動(dòng)放卷輥傳動(dòng)與中心輥傳動(dòng);另外1臺(tái)1000 kVA的變壓器將690 V的電源轉(zhuǎn)換為400 V的動(dòng)力電，用于驅(qū)動(dòng)8臺(tái)重型工作站卷紙輥、9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工作站卷紙輥以及20套縱切刀。

3.2 PLC控制部分

PLC控制由1臺(tái)S7-400和1臺(tái)ET200M組成，用于采集現(xiàn)場(chǎng)各種數(shù)字量及模擬量信號(hào)，完成對(duì)放卷輥直徑、動(dòng)態(tài)慣量補(bǔ)償、自動(dòng)停車等數(shù)學(xué)計(jì)算，處理中心驅(qū)動(dòng)輥與縱切刀電機(jī)速度給定值、放卷輥電機(jī)轉(zhuǎn)矩給定值以及工作站卷紙輥電機(jī)轉(zhuǎn)矩給定值的計(jì)算，通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制及運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的讀取。為了設(shè)置系統(tǒng)的速度給定值、張力給定值、卷徑預(yù)置值等信號(hào)，配置了1臺(tái)MP377多功能人機(jī)面板。為了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及歷史曲線進(jìn)行記錄與分析，還配置了1臺(tái)OS WINCC站。

3.3 變頻器驅(qū)動(dòng)部分

變頻器驅(qū)動(dòng)部分由公共直流母線、整流回饋單元(SINAMICS SLM)、逆變器 (SINAMICS S120 DC/AC驅(qū)動(dòng)器)和交流變頻電機(jī)等組成。復(fù)卷機(jī)的放卷輥、中心輥與縱切刀分別由單獨(dú)的交流變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)［2］。

圖3 整個(gè)傳動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖

4 傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

4.1 高速單輥復(fù)卷機(jī)傳動(dòng)控制的技術(shù)要求

復(fù)卷機(jī)生產(chǎn)出來(lái)的成品紙卷必須能夠在后續(xù)的運(yùn)輸、存儲(chǔ)過(guò)程中不松散、不崩裂、不變形，所以必須要做到內(nèi)緊外松，徑向硬度均勻。這對(duì)傳動(dòng)控制系統(tǒng)提出了很高的要求:①在升、降速或者恒速運(yùn)行時(shí)，必須保證紙幅張力在任何時(shí)候都穩(wěn)定，所以要有自動(dòng)張力控制。②卷取部分是由中心輥驅(qū)動(dòng)的單輥復(fù)卷，所以中心輥驅(qū)動(dòng)與工作站驅(qū)動(dòng)要有自動(dòng)的力矩負(fù)荷分配控制。③由于要生產(chǎn)出不同類型的紙卷，所以必須要有自動(dòng)的定長(zhǎng)度或者定輥徑停車功能，以及中心輥?zhàn)詣?dòng)定位功能。

4.2 傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

4.2.1 放卷輥傳動(dòng)的控制

在整個(gè)系統(tǒng)中，對(duì)放卷輥傳動(dòng)的控制是決定能否生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)成品卷的主要因素。紙幅張力控制是保證紙卷形態(tài)的主要因素之一，過(guò)大的紙幅張力會(huì)破壞產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品變形甚至斷裂;而過(guò)小的紙幅張力使紙幅無(wú)法適度繃緊，影響紙層的均勻度和平整度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使紙幅跑偏、打滑。所以對(duì)放卷輥的控制實(shí)際就是對(duì)放卷紙幅張力的控制，而對(duì)放卷紙幅張力的控制實(shí)際上就是對(duì)傳動(dòng)電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的控制。具體的設(shè)計(jì)思路如下:

首先需要考慮所有影響放卷紙幅張力的因素。圖4為放卷輥傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩示意圖。

圖4 放卷輥傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩示意圖

如圖4所示，原紙卷自身慣量在加速起卷、減速停車及穩(wěn)速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的慣量轉(zhuǎn)矩為MP_Inert;空輥芯自身慣量在加速起卷、減速停車及穩(wěn)速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的慣量轉(zhuǎn)矩為MC_Inert;電機(jī)與放卷輥之間的機(jī)械摩擦力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為MF;為了避免在過(guò)渡區(qū)中 (恒速、加速、制動(dòng))轉(zhuǎn)矩的沖擊，需一個(gè)特定的“軟”特性轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償MR_comp以便無(wú)沖擊地加速和制動(dòng)。計(jì)算上述轉(zhuǎn)矩，再結(jié)合紙幅設(shè)定張力所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩MT_sp以及張力調(diào)節(jié)器輸出值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩MT_out，就形成了影響放卷紙幅張力的各個(gè)因素所對(duì)應(yīng)的總轉(zhuǎn)矩值MT，i為齒輪比。

此外，在引紙過(guò)程中，張力調(diào)節(jié)器未投入之前，放卷輥傳動(dòng)處于速度控制模式，傳動(dòng)電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài);引紙成功后，紙幅張力開(kāi)始迅速上升，張力調(diào)節(jié)器被激活投入使用，放卷傳動(dòng)速度環(huán)在飽和狀態(tài)下工作，傳動(dòng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)，輸出一個(gè)飽和負(fù)限幅值。這個(gè)飽和負(fù)限幅值的大小是根據(jù)式 (1)計(jì)算出的總轉(zhuǎn)矩值MT，通過(guò)這個(gè)值送給電流環(huán)的附加轉(zhuǎn)矩，同時(shí)控制電流環(huán)的轉(zhuǎn)矩上限幅與轉(zhuǎn)矩下限幅，如圖5所示［3］，使電機(jī)電樞電流一直跟蹤速度環(huán)的輸出限幅值，即跟蹤退卷張力的給定值，從而保證了紙幅張力的穩(wěn)定。很顯然，由式 (1)可知，放卷輥傳動(dòng)的張力控制實(shí)際由直接張力控制和間接張力控制兩種方式實(shí)現(xiàn)。在此系統(tǒng)中，在預(yù)修邊與縱切刀之間安裝了8臺(tái)ABB張力傳感器，測(cè)量出紙幅運(yùn)行時(shí)的張力值，并與張力設(shè)定值比較后作為張力PID調(diào)節(jié)器的輸入給定，其輸出值就是直接張力控制的因子。原紙卷自身慣量在加速起卷、減速停車及穩(wěn)速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的慣量轉(zhuǎn)矩MP_Inert，空輥芯自身慣量在加速起卷、減速停車及穩(wěn)速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的慣量轉(zhuǎn)矩MC_Inert，電機(jī)與放卷輥之間的機(jī)械摩擦力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩MF以及“軟”特性轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償MR_comp構(gòu)成了間接張力控制的相關(guān)物理量。

根據(jù)式 (2)～式 (5)可計(jì)算出原紙卷慣量轉(zhuǎn)矩MP_Inert、空輥芯慣量轉(zhuǎn)矩MC_Inert、紙幅設(shè)定張力所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩MT_sp以及張力調(diào)節(jié)器輸出值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩MT_out。

式中，M為張力轉(zhuǎn)矩，N·m;Z為紙幅張力，N/m，b為放卷輥紙幅寬度，m;a為加速度，m/s2;J為慣量，kg·m2;ρ為紙張的緊度，g/cm3;r為放卷輥實(shí)

圖5 放卷輥傳動(dòng)控制邏輯圖

a時(shí)半徑，m;D為原紙卷卷徑，m;Dcore為空輥輥徑，m;Mp為慣量轉(zhuǎn)矩，N·m;Fp為加速度力，N;Da為放卷輥直徑，m［4］。

電機(jī)與放卷輥之間的機(jī)械摩擦力分為靜摩擦力和動(dòng)摩擦力兩種。靜摩擦力是一個(gè)定值，在調(diào)試過(guò)程中按照系統(tǒng)的啟動(dòng)力矩給定，一般設(shè)定為比啟動(dòng)力矩稍小一點(diǎn)的數(shù)值。動(dòng)摩擦力是一個(gè)較難計(jì)算和測(cè)量的值，但是它和電機(jī)速度有對(duì)應(yīng)正比線性關(guān)系。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中，處理它的方法就是當(dāng)其他的值都在測(cè)試比較穩(wěn)定的狀況下，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行一部分的力矩補(bǔ)償。動(dòng)摩擦力是一個(gè)與傳動(dòng)系統(tǒng)車速存在線性關(guān)系的值。在采用補(bǔ)償時(shí)，可以通過(guò)在空載的前提下，讓傳動(dòng)電機(jī)在不同速度下運(yùn)行，其力矩值就可以作為動(dòng)摩擦力的補(bǔ)償參考值。

4.2.2 中心輥傳動(dòng)及工作站傳動(dòng)的負(fù)荷分配控制

圖6 中心輥傳動(dòng)與工作站傳動(dòng)的負(fù)荷分配示意圖

圖6為中心輥傳動(dòng)與工作站傳動(dòng)的負(fù)荷分配示意圖。由圖6可知，在復(fù)卷區(qū)域，中心輥傳動(dòng)作為主傳動(dòng)，屬于速度控制模式;而其余的工作站為從傳動(dòng)，屬于轉(zhuǎn)矩控制模式。從傳動(dòng)變頻器速度設(shè)定值適量給予超調(diào)值 (一般設(shè)置為0.02倍的速度設(shè)定值)，但同時(shí)它的輸出力矩上限值被牢牢限制為主變頻器的轉(zhuǎn)矩實(shí)際輸出值，這樣可以確保主輔傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩保持平衡，從傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩隨主傳動(dòng)的變化而變化，達(dá)到負(fù)荷分配的目的。由于每次生產(chǎn)時(shí)所選用的工作站不盡相同，因此在每次開(kāi)機(jī)前，系統(tǒng)要根據(jù)當(dāng)前實(shí)際投入使用的工作站類型 (標(biāo)準(zhǔn)站或重型站)來(lái)具體確定每臺(tái)工作站傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩給定。作為主傳動(dòng)的中心輥傳動(dòng)，計(jì)算出自身的慣量力矩，電機(jī)、齒輪箱和聯(lián)軸器之間的摩擦力力矩，并且加上系統(tǒng)應(yīng)有的圓周切線力距，得到的數(shù)值再送給電流環(huán)的附加轉(zhuǎn)矩，這樣就會(huì)有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

4.2.3 傳動(dòng)點(diǎn)啟/停邏輯控制及速度給定

整個(gè)復(fù)卷機(jī)是由放卷輥傳動(dòng)、中心輥傳動(dòng)、切紙刀傳動(dòng)以及工作站傳動(dòng)組成，存在以下幾種情況的開(kāi)車與停車:①整個(gè)復(fù)卷機(jī)所有傳動(dòng)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)與停止。②由于引紙的需要或是設(shè)備維修的原因，需要單獨(dú)對(duì)放卷輥傳動(dòng)啟動(dòng)與停止。③每次小紙卷完成指定長(zhǎng)度成品卷之際，為了將纏繞在中心輥上剩余的紙幅卷入到成品卷上，需要單獨(dú)對(duì)中心輥傳動(dòng)以及工作站傳動(dòng)作定長(zhǎng)度、短距離運(yùn)行。

當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始由加速起卷到穩(wěn)速運(yùn)行過(guò)程中，中心輥與放卷輥之間的紙幅可能會(huì)有一個(gè)從松弛到張緊的過(guò)程，如果這個(gè)過(guò)程變化太急，紙張瞬間從松弛狀態(tài)進(jìn)入繃緊狀態(tài)，容易發(fā)生斷裂，因此，紙幅張力給定應(yīng)該是逐漸遞加的量［5］。設(shè)計(jì)方法是:剛啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)斜坡函數(shù)發(fā)生器給放卷輥一個(gè)較小的反方向速度，讓放卷輥傳動(dòng)處于速度控制模式，無(wú)須刻意控制放卷輥傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速。在運(yùn)行初期，張力還未建立，此時(shí)的放卷輥為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制;等紙幅繃緊后，紙幅會(huì)牽引退紙輥往正的方向運(yùn)行，使速度調(diào)節(jié)器飽和而輸出負(fù)的最大值到電流調(diào)節(jié)器，使電流調(diào)節(jié)器的給定達(dá)到負(fù)的限幅值，該值是由張力等計(jì)算獲得。此時(shí)的退紙輥實(shí)際為張力電流雙閉環(huán)控制，處于張力控制模式與轉(zhuǎn)矩控制模式，已經(jīng)不需要速度給定值。為了使切紙邊平滑，上圓刀與底刀線速度應(yīng)該大于紙幅速度的10%～20%，同時(shí)，縱切刀的線速度應(yīng)該隨車速的變化而變化。由于工作站屬于轉(zhuǎn)矩控制，所以它們的速度設(shè)定值比中心輥的速度設(shè)定值高2%，使速度環(huán)在正常運(yùn)行時(shí)一直處于飽和狀態(tài)，這樣在轉(zhuǎn)矩上限幅的作用下，實(shí)現(xiàn)與中心輥同步運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2.4 抱閘功能

復(fù)卷機(jī)的放卷輥與中心輥都必須具有機(jī)械抱閘功能。機(jī)械抱閘主要有兩個(gè)目的，一是為了實(shí)現(xiàn)在停機(jī)時(shí)，放卷輥傳動(dòng)與中心輥傳動(dòng)在沒(méi)有電氣制動(dòng)的情況下保持一定的紙幅張力，以避免由于張力過(guò)小引起震蕩;二是在緊急停機(jī)而發(fā)生斷紙時(shí)，通過(guò)借助于機(jī)械抱閘的制動(dòng)能快速停車，避免原紙卷松散。機(jī)械抱閘打開(kāi)的條件是:傳動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)并延時(shí)3 s，電機(jī)的勵(lì)磁磁場(chǎng)建立起來(lái)后打開(kāi)。機(jī)械抱閘關(guān)閉的條件有:一是正常工作時(shí)，當(dāng)車速下降到4 m/min時(shí)開(kāi)始抱閘，提前抱閘是因?yàn)闄C(jī)械抱閘由于機(jī)械結(jié)構(gòu)原因不可能馬上將閘抱死;二是緊急停止、傳動(dòng)故障或者斷紙時(shí)立即抱閘。

4.2.5 速度調(diào)節(jié)器變比例增益控制

對(duì)于放卷輥傳動(dòng)而言，放卷原紙輥在生產(chǎn)過(guò)程中的輥徑、質(zhì)量及自身慣量均在逐漸減少，所以該傳動(dòng)速度調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)不能一成不變，否則動(dòng)態(tài)響應(yīng)就要慢而且有可能產(chǎn)生振蕩，它必須跟隨放卷輥慣量變化，慣量越大、比例系數(shù)就越大，如圖7所示。

圖7 速度調(diào)節(jié)器變比例增益與慣量之間對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

而對(duì)于中心輥傳動(dòng)而言，盡管中心輥本身的質(zhì)量保持不變，但是工作站上的成品卷隨著輥徑的變化而變化，所以中心輥傳動(dòng)的速度調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)也需要?jiǎng)討B(tài)變化，方法同上。

4.2.6 中心輥定位運(yùn)行功能

中心輥定位運(yùn)行的目的是為了將紙尾全部卷入到成品卷上，并且保證紙尾頭粘貼到紙卷上。要求中心輥與工作站在低速下完成規(guī)定的短距離長(zhǎng)度，此時(shí)的放卷輥傳動(dòng)停止不動(dòng)。復(fù)卷機(jī)有兩種情況需要中心輥定位運(yùn)行，一是每個(gè)卷次結(jié)束時(shí);二是由一種紙卷改抄另外一種紙卷時(shí)，在移動(dòng)縱切刀位置之前。中心輥定位運(yùn)行的難點(diǎn)在于需要在極低速的情況下使傳動(dòng)電機(jī)運(yùn)行很短的距離便立即停車，而且每次定位運(yùn)行時(shí)，工作站上紙卷半徑不同，所以為了保障系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，必須對(duì)中心輥傳動(dòng)的速度環(huán)比例增益系數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整。

4.2.7 自動(dòng)停車功能

復(fù)卷機(jī)的作用就是將一個(gè)大紙卷分拆為多個(gè)小紙卷，所以自動(dòng)停車是每臺(tái)復(fù)卷機(jī)必須具備的基本功能。復(fù)卷機(jī)的自動(dòng)停車包括根據(jù)放卷輥半徑自動(dòng)停車、放卷輥長(zhǎng)度自動(dòng)停車、卷紙輥長(zhǎng)度自動(dòng)停車、卷紙輥半徑自動(dòng)停車以及按照外部給定長(zhǎng)度停車5種方式。現(xiàn)介紹卷紙輥長(zhǎng)度自動(dòng)停車方法，其他4種停車設(shè)計(jì)方法與之類似。設(shè)計(jì)思路就是首先通過(guò)安裝在PLC機(jī)架上的FM450-1高速計(jì)數(shù)模塊讀取安裝在中心輥電機(jī)上的速度編碼器上的脈沖，計(jì)算出運(yùn)行時(shí)已經(jīng)卷到小紙卷上的紙幅總長(zhǎng)度L1，然后根據(jù)當(dāng)前車速計(jì)算如果要在當(dāng)前車速開(kāi)始停車所需要卷完的紙幅長(zhǎng)度L2。卷紙輥設(shè)定長(zhǎng)度為L(zhǎng)0，若L2=L0－L1，則將車速設(shè)定為0，這樣整個(gè)復(fù)卷機(jī)就會(huì)按照速度斜坡函數(shù)發(fā)生器準(zhǔn)確地設(shè)定長(zhǎng)度停機(jī)。

5 運(yùn)行效果

本課題介紹的SINAMICS S120傳動(dòng)控制系統(tǒng)的福伊特VariPlusTM高速單輥復(fù)卷機(jī)在全球很多大型紙廠得到了廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的控制性能，在不同的運(yùn)行車速、卷徑以及紙幅張力下運(yùn)行時(shí)，紙幅張力呈現(xiàn)平穩(wěn)線性狀態(tài)，生產(chǎn)出來(lái)的成品紙卷都具有外形均勻一致，且內(nèi)緊外松、徑向硬度分布均勻等特點(diǎn)。該系統(tǒng)不僅能夠滿足各項(xiàng)設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)，而且具有能耗低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。

［1］VariPlusTMOperation Manual VOITH.2010.

［2］SINAMICS S120 Commissioning Manual.2010.

［3］SINAMICS S120 Function Manual.2009.

［4］RUAN Yi.Control systems of electric drives-Motion control systems(The Fourth Edition)［M］.Beijing:China Machine Press，2010.

阮 毅.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng):運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(第4版)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［5］CHEN Jing Wen.Design of Electric Control System on Below Directs the Paper Rewinder［J］.Electric Drive，2008，38(3):61.

陳景文.下引紙復(fù)卷機(jī)電控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［J］.電氣傳動(dòng)，2008，38(3):61. CPP