张力控制

张力控制张力控制 1 引言在传统的印刷机控制中,张力控制采用磁粉离合器和张力控制器来实现,但这种控制形式存在以下问题:(1)调节速度不快,难以在高速印刷机上应用;(2)张力控制精度不高;(3)印刷机上各张力段彼此独立,难以实现自动控制;(4)磁粉离合器存在发热和磨损问题,维修困难。为解决以上问题,我们开发了一种变频器传动的印刷机张力控制系统,将印刷机的放卷、前牵引、印刷主轴、后牵引和收卷辊分别由单独的变频器拖动,通过控制各段传动辊的线速度,实现张力的高精度控制。 2 工艺介绍在印刷机中,印刷材料经过放卷、...

张力控制 1 引言在传统的印刷机控制中,张力控制采用磁粉离合器和张力控制器来实现,但这种控制形式存在以下问题:(1)调节速度不快,难以在高速印刷机上应用;(2)张力控制精度不高;(3)印刷机上各张力段彼此独立,难以实现自动控制;(4)磁粉离合器存在发热和磨损问题,维修困难。为解决以上问题,我们开发了一种变频器传动的印刷机张力控制系统,将印刷机的放卷、前牵引、印刷主轴、后牵引和收卷辊分别由单独的变频器拖动,通过控制各段传动辊的线速度,实现张力的高精度控制。 2 工艺介绍在印刷机中,印刷材料经过放卷、前牵引、各套色印刷辊、后牵引和收卷完成整个印刷过程,由于各传动辊的线速度差异,因此在各传动辊间产生张力,在印刷工艺中要求对各段张力进行严格的控制,尤其对有光电对版的高速机种,各段张力的控制精度要求在±1%以内。 3 控制系统结构本系统主要由人机界面、PLC、矢量变频器、编码器和摆辊式张力检测机构组成,系统结构如图1所示。图1 系统结构图人机界面(HMI)采用台达10寸彩色屏,通过它可以在线显示设备运行状况、设定设备各项参数并打印生产报表 ;PLC选用FAMA SC-500,在系统中用两台PLC 是兼顾速度和可靠性的考虑,一台用作设备的张力控制、另一台作设备I/O控制;传动采用台达V系列矢量型变频器,安装在传动轴上的编码器将脉冲信号回馈到变频器的PG卡中,形成速度闭环,使整体速度精度控制在在3‰以内;在本系统中,人机界面与PLC、PLC与各变频器之间通过RS485通讯连接,提高系统的抗干扰能力。 4 控制原理在高速印刷机控制中,对各段张力的控制不仅要求有高精度,而且要求有很高的速度响应性,如用传统的PID控制,在印刷机加(减)速时,前级传动轴先加(减)速,后级轴后加(减)速,速度差Δv造成张力Δf的变化,设备速度变化越快,Δv越大,Δf也越大,该Δf加到PID环后会出现张力超调甚至震荡,如调节P.I.D参数避免张力超调,系统的响应速度会变慢,因此该方法很难满足要求,如简单的采用同步控制,虽然可以解决张力突变问题,但该方式为张力开环控制,如果出现前级传动轴快与后级传动轴慢时,张力会变得越来越大,反之张力越来越小,产生传动速度的误差积累问题,无法自动调节,因此,本系统采用以上两种的结合,见图2所示。图2 张力控制原理图在本控制系统中,由变频器和编码器组成速度控制内环,PLC、张力传感器组成张力外环,实现对张力的串级控制;同时将测算出的放卷辊输出线速度,换算成转速后加到放卷辊后各传动辊的速度环上,作为速度的初始给定,这样,在进行张力调节之前,各传动辊间线速度基本同步,此时各传动辊间速度误差在1%以内,张力误差在3%以内(实测值),然后通过张力串级调节进一步提高张力控制精度。 4.1 放卷线控制放卷辊为印刷机各传动辊的第一级,其它各辊速度跟随放卷辊,在本系统中,人机界面设定设备的运行线速度,通过测量放卷辊的半径,可计算出卷辊的转速;具体办法为:PLC测量放卷辊上安装的编码器,每到一定角度(例如600)产生一次中断,此时测量材料走过的距离L,则R=6L/2Π,放卷转速为:n=l/2ΠR。l为设定的设备运行速度。 4.2 速度同步控制在本系统中,为保证各传动辊之间的线速度基本同步,需对各传动辊的驱动单元进行速度初给定,初给定的速度以放卷辊为基准。设备的运行速度在人机界面中设定,通过PLC计算后,换算成各变频器运行的频率,经PLC上的RS485口给各辊驱动变频器。考虑到各变频器的加减速及传动机构的特性很难一致,故需对除放卷辊外其它变频器的速度初给定作一调整,即实际给定速度V=KV0,V0为计算速度,K为修正系数,实际调试中发现对每段传动K值并不为恒定的,后对设备在加速、均速和减速状态下分别修正不同的K值,在不加张力控制时,各传动辊的速度偏差可控制在0.8%以内。 4.3 张力控制各段张力的设定在人机界面中进行,设定张力由PLC计算,经D/A模块送电气转换装置,转换成气信号后给摆辊气缸,当印刷材料张力大于设定值时,摆辊上移,反之下降,同时送出电压信号给PLC。各段传动经过速度初给定后,线速度偏差不大,因此张力偏差信号较小,该信号经PLC PID运算处理后叠加到速度初给定上,控制变频器输出,通过控制速度实现张力控制。 5 调试实际调试中,先对速度同步环节进行调试,此时切除张力控制部分,当各辊的线速度同步误差在1%以下时,再加入张力控制部分,张力调试先单段进行,冲前向后依次调试,最后再进行系统连调。 6 结论在实际应用中,当印刷机速度在200m/min时,张力控制精度可达0.9%,满足设备工艺要求。参考文献 [1] 过程控制工程手册[M].北京:化学工业出版社,1993. [2] 李平等.造纸机的微机过程控制系统[J] 轻工自动化及仪表,

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