張力控制系統(tǒng)中，常用的方式有以下三種：

    力矩電機(jī)張力控制系統(tǒng)

    磁粉制動(dòng)器（磁粉離合器）張力控制系統(tǒng)

    變頻器張力控制系統(tǒng)

    力矩電機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，張力穩(wěn)定，缺點(diǎn)是可調(diào)范圍窄，線(xiàn)性度不好，適用于張力精度要求不高的場(chǎng)合，例如線(xiàn)纜等。磁粉制動(dòng)器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是張力穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是線(xiàn)性度不好，可控制的卷徑范圍不大，長(zhǎng)期工作存在發(fā)熱問(wèn)題，需要配置外部散熱系統(tǒng)。變頻器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是張力控制穩(wěn)定且系統(tǒng)反應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度可調(diào)范圍廣，通過(guò)特殊算法的支持，能夠很好的支持卷徑變化大的場(chǎng)合；通過(guò)共直流母線(xiàn)的方式，在持續(xù)放卷場(chǎng)合能夠起到一定的節(jié)能作用。隨著半導(dǎo)體芯片技術(shù)的發(fā)展，變頻器驅(qū)動(dòng)技術(shù)性能得到很大的提升，但價(jià)格呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，表現(xiàn)出良好的性?xún)r(jià)比，得到了廣大用戶(hù)的認(rèn)可。

 

1．基本介紹

    本案例中調(diào)試的凹版印刷機(jī)為機(jī)組式印刷機(jī)，主要用于80~400g/m2紙箱預(yù)印，煙包、紙盒等紙類(lèi)印刷，印刷色組為兩色。最高線(xiàn)速度為100m/min，收卷最大卷徑為1500m。

由于本設(shè)備放卷張力采用張力控制器+磁粉制動(dòng)+張力傳感器的方式，而收卷張力采用變頻器來(lái)控制，所以設(shè)備的難點(diǎn)在于收卷張力的控制，張力大小要合適：張力太小，收卷時(shí)會(huì)松弛；張力太大，收卷時(shí)材料易起皺。另外，由于收卷時(shí)紙張的直徑不斷變大，如果收卷軸的轉(zhuǎn)速保持恒定，則紙張的收卷線(xiàn)速度會(huì)越來(lái)越大，這樣容易出現(xiàn)拉斷紙張的問(wèn)題。

2．臺(tái)達(dá)變頻器應(yīng)用介紹

    在該印刷機(jī)上，使用臺(tái)達(dá)所推出的能夠進(jìn)行恒張力控制的VE系列變頻器，通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)的控制就能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)印刷機(jī)張力恒定的目的。整個(gè)應(yīng)用具有調(diào)節(jié)方便、性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn)。圖3為印刷機(jī)張力控制示意圖。

圖3 印刷機(jī)張力控制示意圖

    恒張力控制的計(jì)算公式為：T = ( F * D ) / ( 2 * G )

    其中T為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)為線(xiàn)材上張力大小，D為收/放卷輥實(shí)際大小。恒張力控制的目的就是要控制F的大小恒定，但是變頻器只能控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T。如果知道了D，我們就可以通過(guò)控制T來(lái)達(dá)到控制F的目的。

    使用臺(tái)達(dá)VE系列變頻器就直接提供通過(guò)控制轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)恒張力控制的功能：參數(shù)8-21=4。

由于收/放卷輥的實(shí)際大小D是隨著運(yùn)行時(shí)間的變化而變化的，所以D值的準(zhǔn)確性是此方法成功的關(guān)鍵。目前通常有兩種方法可以參考：1厚度法；2線(xiàn)速度計(jì)算法。

    厚度法的原理是建立在對(duì)材料厚度的了解情況下，電機(jī)每運(yùn)轉(zhuǎn)一圈，收卷輥直徑會(huì)增加兩個(gè)材料厚度，放卷輥直徑會(huì)減小兩個(gè)材料厚度。此方法主要使用在收放卷材料厚度均勻的情況下，優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算出來(lái)的厚度值準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是需要使用者在變頻器相關(guān)參數(shù)中輸入材料厚度信息。

    線(xiàn)速度計(jì)算法的公式為：D = ( G * V ) / (π* n )

    其中D為當(dāng)前卷徑，G為機(jī)械傳動(dòng)比，V為當(dāng)前線(xiàn)速度，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)前線(xiàn)速度可通過(guò)模擬量或者脈沖的形式采集。線(xiàn)速度計(jì)算法可以使用在材料厚度不均勻的場(chǎng)合，不需要對(duì)材料厚度值的設(shè)置，降低了對(duì)操作工的要求；缺點(diǎn)是計(jì)算出來(lái)的當(dāng)前卷徑值會(huì)受線(xiàn)速度采集準(zhǔn)確度的影響，如果線(xiàn)速度波動(dòng)很大，則當(dāng)前卷徑值也會(huì)出現(xiàn)很大波動(dòng)。

    有的卷曲控制，需要材料張力隨著卷徑增大而相應(yīng)降低，以防止損傷卷軸和提高產(chǎn)品卷曲質(zhì)量，此設(shè)備就有張力錐度的需要。

    張力錐度的公式多種多樣，這里介紹其中一種：F=F0 * [1-K(1-D0/D)]

    其中F實(shí)際輸出張力，F(xiàn)0設(shè)定張力，K張力錐度系數(shù)，D0最小卷徑，D當(dāng)前卷徑。

    由于此臺(tái)設(shè)備為通用設(shè)備，不同的紙質(zhì)要求的張力錐度也不盡相同，所以要求使用模擬量來(lái)設(shè)定張力錐度。張力錐度示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 張力錐度示意圖

3．參數(shù)設(shè)置

    主牽引電機(jī)為異步電機(jī)（15kW、380V、29.6A、1430r/m、50Hz），牽引輥直徑為320mm，由一臺(tái)15kW的B系列變頻器控制。此設(shè)備最高線(xiàn)速度為100m/min，收卷電機(jī)是一臺(tái)普通異步電機(jī)（380V、58.5A、4極、50Hz/30kW），使用一臺(tái)300V43A-2變頻器（配置EMV-PG01O）來(lái)控制，電機(jī)帶一臺(tái)512ppr編碼器，減速比為6.77：1。收卷最大卷徑1500mm。

依據(jù)對(duì)客戶(hù)提出的要求分析，決定采用厚度積分法來(lái)計(jì)算卷徑，收卷變頻器采用轉(zhuǎn)矩模式控制，模擬量給定張力以及張力錐度可調(diào)。

收卷變頻器參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 收卷變頻器參數(shù)設(shè)置表

結(jié)論

    本臺(tái)設(shè)備采用臺(tái)達(dá)變頻器控制收卷部分，較客戶(hù)之前使用的方案（張力離合器）能夠?qū)崿F(xiàn)更大的卷徑變化（最大卷徑從1000mm能夠做到1500mm），更快的線(xiàn)速度（最大線(xiàn)速度從60m能夠做到100m），且張力穩(wěn)定，調(diào)試方便，設(shè)備的價(jià)值也有了很大的提升。此方案得到了客戶(hù)的認(rèn)可，客戶(hù)目前也在要求廠(chǎng)家將放卷部分改為臺(tái)達(dá)變頻器控制方式。