新乡市大为创新印刷包装机械有限公司 河南新乡 453000
摘要：张力控制广泛应用于印刷机、分切机、复合机等食品、药物包装机械中，在卷材的套印过程中，卷材连续展开并源源不断地进入印刷装置，通过印刷辊将颜料一层层套印在卷材上，只有使进入印刷单元的卷材保持稳定的张力，才能保证套印过程的稳定和印品的套准精度，因此，张力控制就成为生产高质量印品非常关键的一个环节，基于此，本文主要对印刷机械中的张力控制进行分析探讨。
关键词：印刷机械；张力控制
1、前言
影响印刷品质量的一个非常重要的因素是转轮印刷机的张力控制。转轮印刷机控制张力设施的能力大小直接影响着纸带是否可以平稳运行，并能适应不同类型的纸张，此外，在机速增减、纸卷直径变化及自动接纸时能保持稳定，印品套印无大的变化。所以如何使纸张在印刷过程中保持张力恒定，是我们设计人员的重要课题。
2、张力控制技术
张力的形成是由于各传动辊之间存在的速度差所造成的，因此，控制印刷过程中的张力首先要控制其速度。所谓的张力控制，就是指能够持久地控制料膜在印刷设备上输送时的张力稳定的能力。这种控制对印刷机器的任何运行速度都必须保持有效，包括印刷设备的加速、减速以及匀速。即使在紧急停车、换料的情况下，它也有能力保证料模不产生丝毫破损。
在高速壁纸印刷机的张力控制中，对各段张力的控制不仅要求有高精度，而且要求有很高的稳定性和实时响应性，用传统的PID控制，在印刷机进行加（减）速时，前级传动轴要先加（减）速，后级轴跟着加（减）速，速度差Δv就造成了张力Δf的变化，设备运行中速度变化越快，Δv变化越大，Δf也变化越大，将该Δf加到PID环上后会出现张力超调甚至引起震荡，如直接调节PID参数避免张力超调，系统的响应速度将会变慢，因此该方法很难满足大型高速壁纸印刷机的工艺要求，如简单的采用同步控制，虽然可以解决张力突变问题，但这种该方式为张力开环控制，如果出现前级传动轴快而后级传动轴慢时，张力突变会变得越来越大，反之张力突变会越来越小，就会产生传动式速度误差积累。
在变频张力控制系统中，由变频器和编码器组成速度控制内环，实现对速度的内环控制；PLC、张力传感器组成张力控制外环，实现对张力的外环控制；同时PLC将测算出的放卷辊线速度输出，换算成转速后加到各放卷辊的传动辊速度环上，作为速度的初始给定，通过这内外环的双重控制。这样，在进行张力调节之前，各传动辊间线速度基本上同步。
3、转轮印刷机张力控制原理
当卷筒纸轮转印刷机工作时，因为纸卷外径处于不断变化的状态，很多的因素都会影响到纸带上的张力变化，比如纸卷不够圆、机器工作速度变化、更换纸卷等，这些因素很可能会导致走纸不稳、纸张断裂等严重的印刷问题，造成不可估量的经济损失。因此对于相关设计人员来说，如何保持纸张在印刷过程中的张力恒定是其一个重要课题。
4、变频收卷张力控制系统在转轮印刷机上的应用
4.1张力控制变频收卷的应用方案（图1所示）
图1变频收卷张力控制示意图
主轴速度由PLC通过模拟信号AL3对INV1进行频率给定并由PG1编码器反馈进行速度控制；PLC根据设定张力要求输出转矩信号AL2至矢量变频器INV2对电机进行转矩控制，调节收卷张力的大小；过AL0张力反馈信号形成收卷张力PID闭环控制。图中AL1为收卷速度限制信号，其作用是防止由于收卷断料造成飞车。变频收卷的目的是完成张力控制，即能控制电机的运行电流。
4.2张力控制变频收卷的工艺要求
在整个收卷过程中保持恒定的张力或者锥度张力。在启动大卷时，不出现松纸现象；启动小卷时，不出现断纸现象。无论机械进行哪项操作都不影响印刷的质量。能实现张力量化。
4.3变频收卷对变频器性能要求
淤变频收卷实质是要完成张力控制，即能控制电机运行电流，三相异步电机电磁转距T=CTφ1I2cosφ2，与电流成正比。当负载有突变时能够保证电机机械特性曲线比较硬。必须用矢量变频器，必须要加编码器闭环控制。于市场上能进行张力控制变频收卷变频器主要有：安川、艾默生、伦次等。比如艾默生TD3300就是一款收放卷专用变频器。
调试过程：首选自整定电机，把电机的各项参数读入变频器。于将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的线数。然后用面板给定频率和启停控制，观察显示的运行频率是否在设定频率的左右波动。在程序中设定空芯卷径和最大卷径的数值。通过前面卷径计算的公式算出电机尾部所加编码器产生的最大脉冲量（P2）和最低脉冲量（P2）。通过算出的最大脉冲量对收卷电机的速度进行限定，如此可有效避免出现飞车现象。而最低脉冲量的设定，有效避免了电机出现抖动的可能性。通过前面分析的整个收卷的动态过程，在不同卷径和不同运行速度的各个阶段，进行一定的转距补偿，补偿的大小，可以以电机额定转距的百分比来设定。
4.4转轮印刷机应用变频收卷张力控制系统后的效果分析
在转轮印刷机收卷张力控制设备上应用变频收卷张力控制系统后大幅提高了机器设备的稳定性、可靠性。改造后机长反映速度稳、调速准、节能高效，而且维修率低。通过对比分析改造前后印刷机生产时所消耗的电流得出，改造后比改造前至少节约30%的电能。假设机械每天运作二十个小时，一年按二百八十天工作日计算，一年接可以省电16800kWh，以每千瓦小时电0.7元计，一年仅电费就可省下11760元，再加上改造后不需要频繁的更换电磁离合器，若每年更换四个，可节约4（个）*250（元）=1000元。我们购买变频电机需花费八千元，变频器需七千八百元，再加上其他的一些费用，一共需要一万六千元。对比投入和产出发现，所有的投资在一年半之内就可以收回。
5、结语
本文介绍基于变频器矢量控制的转矩控制在印刷机收卷张力控制系统上的应用实例。进入变频器传动时代以来，结合PLC的同步与张力控制系统成为前沿电气传动自动化工程集成热点。高新性能的同步与张力传动控制系统正在带动着众多行业的技术进步，印刷行业更为突出。
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论文作者:周长波,任志学,陈泽书
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/18
标签：变频器论文; 印刷机论文; 速度论文; 电机论文; 转轮论文; 控制系统论文; 编码器论文; 《基层建设》2018年第2期论文;