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。

2  工藝介紹
    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)。

3  控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    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，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 

圖1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    人機界面（HMI）采用臺達10寸彩色屏，通過它可以在線顯示設備運行狀況、設定設備各項參數(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，一臺用作設備的張力控制、另一臺作設備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*力。

4  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，見圖2所示。
圖2  張力控制原理圖
    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。

4.1 放卷線控制
放卷輥為印刷機各傳動輥的*級，其它各輥速度跟隨放卷輥，在本系統(tǒng)中，人機界面設定設備的運行線速度，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為設定的設備運行速度。

4.2 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。設備的運行速度在人機界面中設定，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)。

4.3 張力控制
    各段張力的設定在人機界面中進行，設定張力由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，當印刷材料張力大于設定值時，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。

5  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，zui后再進行系統(tǒng)連調(diào)。

6  結(jié)論
   在實際應用中，當印刷機速度在200m/min時，張力控制精度可達0.9%,滿足設備工藝要求。

參考文獻
   [1] 過程控制工程手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,1993.
   [2] 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,

作者簡介
王  鵬  男  工程師  1992年西北紡織學院自動化專業(yè)畢業(yè) ，現(xiàn)就職于中達-斯米克電氣電子有限公司，主要從事變頻器的實際應用。