基于三菱卷取專用矢量變頻a740-a1的凹印機(jī)張力控制系統(tǒng)
馮小金， 李防2，任朝勝3
（1瑞安信旭印刷包裝機(jī)械有限公司，浙江瑞安325200 2三菱電機(jī)自動(dòng)化（上海）有限岱司，上海200003；
3上海茂智自動(dòng)化設(shè)備貿(mào)易有限公司，上海200331）
摘要：傳統(tǒng)張力控制的單cpl結(jié)構(gòu)系統(tǒng)要完成4段張力運(yùn)算約需20 ms的掃描周期。當(dāng)采用三菱推出的自帶卷取功能的矢量變頻器a740-al后，在對(duì)印刷機(jī)標(biāo)準(zhǔn)七電機(jī)的張力控制系統(tǒng)上，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用和調(diào)試，證明該系統(tǒng)有較多的優(yōu)點(diǎn)，如系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間可以比單ciju方式的可編程邏輯控制器(plc)提高10~ 20倍，大約在1~2 ms等。
關(guān)鍵詞：張力控制；矢量變頻器i凹印機(jī)
中圖分類號(hào)：tm921. 51文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1673-6540(2010)03-0040-02
0 引 言
凹版印刷因其印刷工藝的印版特征而得名，其精美的印刷質(zhì)量在軟包裝行業(yè)中占領(lǐng)了重要位置。凹印機(jī)一般由放卷裝置、進(jìn)料牽引、主機(jī)牽引、出料牽引、收卷裝置等組成，其標(biāo)準(zhǔn)配置是常見的七電機(jī)系統(tǒng)（含收卷、放卷的自動(dòng)換卷）。卷材印刷時(shí)，需要一定的張力將材料張緊進(jìn)入印刷單元，并在起動(dòng)、運(yùn)行、換卷、停車等過程中保證張力穩(wěn)定，才能保證各種顏色套印準(zhǔn)確，圖案精美。因此張力控制是凹版印刷機(jī)械驅(qū)動(dòng)控制的核心技術(shù)，若張力控制穩(wěn)定，波動(dòng)小，則機(jī)器的套印精度及印刷速度就高。
1 張力控制系統(tǒng)的構(gòu)成及現(xiàn)狀
在卷材的印刷過程中，要求控制的張力主要有放卷張力、進(jìn)料張力、出料張力、收卷張力等。這就是通常講的4段張力，一般卷料在印刷色組間的張力控制由版遞增來實(shí)現(xiàn)，在無軸系統(tǒng)中也有用各色紐驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度差來實(shí)現(xiàn)的。
張力控制系統(tǒng)一般有檢測(cè)、運(yùn)算控制和驅(qū)動(dòng)裝置等組成。檢測(cè)部分一般由張力傳感器或浮動(dòng)輥組成，近年來由于浮動(dòng)輥在卷料換卷過程中對(duì)材料的張力吸收較好，所以業(yè)內(nèi)的同行大都使用浮動(dòng)輥檢測(cè)。運(yùn)算控制一般由可編程邏輯控制器( plc)、工控機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)來完成。
近年來由于plc的大量普及，性價(jià)比好，運(yùn)算速度逐年提高，所以大部分系統(tǒng)采用plc來做張力控制。 一般將浮輥信號(hào)經(jīng)ad轉(zhuǎn)換后直接進(jìn)入plc，由plc進(jìn)行卷徑計(jì)算、恒線速度控制和各段張力的pid運(yùn)算，并將結(jié)果通過模擬量da的方式傳給矢量變頻器。變頻器在整個(gè)控制系統(tǒng)中既作為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)又作為張力的調(diào)整裝置。因此對(duì)變頻的調(diào)速范圍和精度、轉(zhuǎn)矩精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性等關(guān)鍵技術(shù)都有比較高的要求。
2傳統(tǒng)方案的局限及改革思路
由于傳統(tǒng)的系統(tǒng)張力控制是通過一臺(tái)plc來完成的，隨著印刷速度的增加（從100 m/min到300 m/min）、卷徑比的增加(由600 mm增加到1500 mm)、印刷色組的增加（原來的6色加到13色）及輔助控制點(diǎn)數(shù)的增加（壓輥、風(fēng)機(jī)、油墨粘度控制等），對(duì)于循環(huán)掃描方式運(yùn)算的plc來講，有點(diǎn)不堪重任，就算將一些輔助控制移到另一臺(tái)plc來完成，實(shí)際的4段張力所需的運(yùn)算時(shí)間用較先進(jìn)的plc（例如三菱的fx-3u或siemens的s7 300）仍然需要近20 ms的掃描周期。
因此嘗試改革傳統(tǒng)張力的單cpu結(jié)構(gòu)，引人多cpu的獨(dú)立算法來計(jì)算各段張力并直接拴制驅(qū)動(dòng)變頻來調(diào)節(jié)張力，即按控制功能的種類或需要，每個(gè)cpu各司其職，以提高重要環(huán)節(jié)的處理參數(shù)和速度設(shè)定性能。經(jīng)研究，引入三菱推出的自帶卷取功能的矢量變頻a740-al，是一個(gè)值得去試驗(yàn)的好方案。
3 三菱卷取專用變頻的功能和特點(diǎn)
(1)內(nèi)部自帶浮輥專用pid軟件，可以直接接受浮輥電位器信號(hào)：浮輥pid可以按偏移量分段設(shè)定pi參數(shù)；浮輥控制的輸出量可以和主速度做比例補(bǔ)償；具有斷料報(bào)警功能。
(2)卷徑計(jì)算功能：直接可以計(jì)算卷徑d=v/πn,z（v為線速度，n為轉(zhuǎn)速，z為速比）；初始卷徑的多種計(jì)算方法或直接設(shè)定；起動(dòng)時(shí)可單獨(dú)調(diào)整；速度增益可隨卷徑變化而分段設(shè)定自動(dòng)切換；自動(dòng)產(chǎn)生用于錐度控制的張力設(shè)定信號(hào)輸出；收／放卷長(zhǎng)度的檢測(cè)和控制輸出。
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