一．概述

在纸张印刷生产过程中，存在收放卷等有关卷取操作的工序，纸张张力在动态地变化。张力过小，纸张会松弛起皱，在横向上也会走偏，引起卷筒边缘参差不齐；张力过大，会导致纸张拉伸过度，在纸张的表面会出现隆起的筋条，严重的甚至会使纸张变形断裂。为保证生产效率纸张的表面质量和卷筒边缘的整齐程度，保持恒定的张力是十分必要的。本系统是通过控制走纸辊与收卷辊速度的方法来保证纸张上受到的张力恒定的，属于速度的同步控制。

二．方案内容

1.系统构成

系统由一台走纸变频器（优利康YD33P7 T4 BN）一台收卷变频器（优利康YD37P5 T4 BN），一台2.2kW走纸电动机，一台3.7kW收卷电动机，一个浮动辊位置识别用电位器，两个编码器、一块优利康PG-B卡，输入输出滤波器(可选),一台艾莫生EC10 PLC与2路模拟量输入模块，2路模拟量输出模块构成。

主要机械部分有走纸辊，浮动辊，测长辊，浮动辊汽缸，收卷辊。

2．系统描述与框图

系统通过控制走纸辊与收卷卷筒上的纸张线速度一致来保证纸张上受到的张力恒定，张力大小由浮动辊上汽缸的压力决定（由于浮动辊摆动幅度不大，所以改变汽缸的压力就能改变纸张所受的张力）。由于收卷运行过程中收卷卷筒的直径是不断变化的，要控制收卷线速度与走纸线速度一致，必须在收卷过程中将收卷卷筒的直径实时地算出来。

用一台优利康YD53P7控制走纸电机，控制纸张的运行速度，它工作于开环矢量控制模式，频率指令由PLC的一个AO口给定，此信号由PLC开关量输入口的升速/降速按钮控制(按住升速钮速度慢慢平稳上升,按住降速钮速度慢慢平稳下降)。收卷电机速度由一台优利康YD37P5 T4 BN变频器控制，它工作于闭环矢量模式，频率指令也由PLC的一个AO口给定，这个频率指令与走纸变频器的频率指令、走纸辊与收卷辊的直径比、机械传动比、浮动辊电位器检测出的位置量有关。两个AO的指令是通过计算后同时给出的。收卷编码器用于收卷辊单位时间内转过的圈数检测与收卷电机的矢量控制，测长编码器用于检测单位时间内走纸的长度。浮动辊检测电位器输出的模拟量送到PLC的AI口，用于检测纸张受力大小的情况与浮动辊的位置，给收卷辊速度作出补偿。

3．设备动作流程

1. 按收卷启动钮,PLC控制变频器用一个很低的速度启动收卷电机,将浮动辊慢慢拉至中间位置,到位后利用优利康变频器的零伺服功能锁定住电机,使浮动辊保持在中间位置。在此过程中测长辊也随纸张同步运动,结合收卷辊转过的圈数可自动求得收卷卷筒直径
2. 按走纸启动钮,接着按住升速钮,纸张开始运动,达到需要的车速后松开升速钮
3. 运行过程中可以用升速/降速钮随意改变车速
4. 收卷临近完成时将速度降为0,并按总停钮停止

4．频率指令的计算

1.卷径的计算公式：

D=L/(派×N)

式中D为收卷卷筒直径, L为单位时间内走纸的长度, N为单位时间内收卷辊转过的圈数。

L=nc

式中n为单位时间内测长辊转过的圈数,由测长辊编码器获得,c为测长辊的周长。

2. 频率指令的计算:

系统控制的是收卷卷筒线速度与走纸线速度相等,故V₁=V₂。走纸辊速度与收卷辊速度的关系就是走纸辊与收卷卷筒直径的关系。

所以:

F₁=f×(d/D) ×i

式中F₁为收卷辊电机基本速度, f为走纸辊电机速度,由升速/降速按钮决定,D为收卷卷筒直径,d为走纸辊直径,i为减速比。

由于还有着其他影响控制精度的因素存在,比如机械损耗、纸张的柔韧性、加减速时负载的惯性变化、电机等执行机构的特性等,所以引入了浮动辊的检测, 当纸张受力发生变化时，浮动辊相应摆动,变化量由电位器检测得到,并对收卷电机基本速度作出修正, 修正量F₂为:

F₂=浮动辊的偏差量×F₁×X

浮动辊的偏差量为浮动辊中间位置与实际位置量的差,X为系数,此系数的最佳值需要在调试中寻找。

为了防止系统在调整时产生过冲现象, 修正量F₂应被限制在F₁的5%~15%之内

最终收卷辊的给定频率F为:

F= F₁±F₂

5．PLC控制

1. PLC的I/O:

X0为测长辊脉冲输入,X1为收卷辊脉冲输入,X2为收卷启动,X3为走纸启动,X4为总停,X5为升速,X6为降速

Y3为走纸辊启动,Y4为收卷辊启动,Y5为收卷辊电机的零伺服信号

2AD模块的CH1为浮动辊检测输入

2DA的CH1为走纸辊频率,CH2为收卷辊频率

1. 程序流程:

1.初始化;上电后自动写入运算需要辊的直径、周长、派机械减速比、编码器线数、浮动辊中间位置值等常量信息

2.浮辊拉起保持;

3.加减速;通过两个按钮使车速平稳升降

4.编码器脉冲采集;利用高速计数指令采集各辊单位时间内转过的圈数

5.实时卷径计算

6.给收辊频率的计算;算出收卷辊基本频率与浮动辊反馈补偿量后叠加

7.输出模拟量频率指令

6、变频器参数

1.收卷变频器YD57P5:

A1-01=4
A1-02=有PG矢量控制
B9-01=10;零伺服增益,按需要调整
C1-01=0;加减速时间由PLC控制,为了使两电机的响应相同,所以设置为0
C1-02=0
C2-01=0
C2-02=0
C2-03=0
C2-04=0
C6-01=2
E1-01=380
E1-04=80;收卷卷筒在空卷时直径小,为了能与送纸速度同步,所以增大设定,与减速比和系统最大速度有关
E1-05=380
E1-06=50
E1-13=380
E2-01=8.8
E2-02=1.63
E2-03=3.56
E2-05=2.416
E2-07=0.36
E2-08=0.61
F1-01=612;码器线数,由于编码器安装于收卷卷筒上,所以要乘以减速比
F1-05=1
H1-01=72;多功能端子零伺服功能码
L3-04=0;为了防止浮动辊跳动,运转中不允许失速保护动作

2.变频器YD57P5:

A1-01=4
A1-02=无PG矢量控制
C1-01=0;加减速时间由PLC控制,为了使两电机的响应相同,所以设置为0
C1-02=0
C2-01=0
C2-02=0
C2-03=0
C2-04=0
C6-01=2
E1-01=380
E1-04=50
E1-05=380
E1-06=50
E1-08=25.1
E1-10=4.6
E2-01=5
E2-02=1.51
E2-03=2.25
E2-05=6.902
E2-07=0.36
E2-08=0.62
L3-04=0;为了防止浮动辊跳动,运转中不允许失速保护动作

7.调试

1.对电机进行自学习

2.让电机转一下,观察读入的脉冲数是否正确

3.启动后慢慢拉起浮动辊的频率,调整零伺服的位置值和锁定力B9-01

4.PLC内升降速的曲线,过陡容易造成OC与OV,负载惯量大且升降速曲线陡的话可以加装制动电阻

5.调整浮动辊电位器角度,使浮动辊在中间位置时输出为5V

6.让系统运转,观察加减速与匀速运行时浮动辊的波动情况,此时可以调整公式中的X与补偿量上下限值

7.观察整个收卷启停过程,调整各参数使系统性能最佳

三、总结

收卷辊直径变化可以达到8倍，工作时车速在180m/min范围内可调，在收卷过程中启动加速与停止减速过程中浮动辊摆动幅度不超过±5cm，调速与匀速运行过程中浮动辊摆动幅度不超过±1cm。

原系统采用磁粉离合器控制,主要缺点为车速不能高,运行时易造成磁粉高速磨擦产生高温而缩短其寿命(生产效率受影响,易损,需常维护),能耗大等。

至此,可以很明显的看出，现有设备仍然保持了不亚于其原系统控制特性（高精度的张力控制要求），而且比原有的控制系统效率更高，使得系统有着明显的生产自动化特性。