复卷机张力自动控制研究

复卷机张力自动控制研究

陈琳

港龙包装制品（东莞）有限公司  523711

摘要：复卷机张力控制是为了保证生产质量的达标，控制的要求包括避免纸卷出现褶皱、紧密度不足以及卷边不齐等问题。本文通过分析复卷机运行的工艺原理，进一步分析了复卷机张力自动控制系统的具体设计。

关键词：自动控制系统；复卷机；张力调节

引言：在复卷机设备运行时，其张力参数会受到多种因素影响，但若是张力产生较大偏差或波动，都会给设备运行带来不良影响，因此需加强张力的精准控制，保证参数达到要求。

1.复卷机运行的工艺原理

复卷机设备是用作纸张、云母带等开展复卷分切的主要设备，该设备在运行时，退纸辊结构会将纸幅引出，通过其中两个随动辊后再经过张力传感器辊后，再通过另外两个随动辊就能够达到卷纸辊部分，其中前两个随动辊与后两个随动辊间设置纠偏用传感器装置，且卷纸辊和退纸辊也安装了纠偏装置，保证同步参数运行。复卷机张力控制是影响生产工作的关键内容，其控制的主要部位就是退纸辊，借助于张力传感器来控制对应参数，由随动辊做引导[1]。

2.复卷机张力控制各部分方法的选取

对复卷机设备实现张力控制时，多采用闭环控制形式，即由传感器装置将纸幅实时张力数据检测获取，再调节其与退纸辊之间形成闭环结构并予以控制，张力传感器检测到的参数可以发送给控制器实现反馈，随后控制器会对退纸辊进行控制，调节其电磁力矩，进而调节纸幅的张力值。此外，对退纸辊电磁力矩把控过程中，也应保证卷纸辊速度和退纸辊速度相同（指线速度），否则张力的控制将会不够稳定。

2.1控制退纸辊张力的方法

将设定好的纸幅张力参数和传感器检测到的实际纸幅张力数据做对比分析，存在的差值可以让控制器通过调节磁粉制动器的电磁力矩来进行补偿，进而使实际纸幅张力达到预先设定的值。此方法过程运用到的分析参数包括张力传感器检测反馈值、张力设定值、张力偏差值以及电磁力矩调节量。

2.2控制复卷机速度的方法

复卷机速度控制会影响到张力控制效果，具体来说需保证卷纸辊和退纸辊速度相同。在本次研究当中，对复卷机速度进行控制的方法是基于PI控制算法，对卷纸辊和退纸辊安装相应编码器，对实时线速度数据加以采集，并与设定值进行对比分析，存在的速度差会被PI控制算法补偿处理，进而调节电机，使双方速度维持恒定状态。此方法控制过程需运用的分析参数包括编码器反馈速度参数、速度设定值、速度偏差值以及电压补偿参数。

2.3控制卷纸辊和退纸辊偏差的方法

对于卷纸辊和退纸辊的偏差纠正控制可采用永磁低速同步电机驱动调节方式，该装置具有着四项滑轮和两个限位开关。当复卷机实施运行时，卷纸辊和退纸辊的前侧与后侧传感器分别检测两者纸幅边缘情况，判断光电眼是否被纸幅遮挡，进而对电机正反转实施控制，而纠正偏差时，为了避免纸幅产生失调问题，需设置对应的限位开关。

3.复卷机张力自动控制系统的设计

3.1自动控制系统硬件部分

为了让复卷机运行时的张力得到良好自动控制，根据对其控制性质的分析，本次开展自动控制系统硬件设计时，选择了罗克韦尔1769-L36ERM为系统主控制器，该硬件设施的特征是具有较好的灵活性与集成性，具备多种网络接口，插口槽具有可扩展特性，切实满足复卷机生产运行的自动控制需要。在硬件选择和设计过程中，主要是针对纸幅的速度、纠偏以及张力精准控制的硬件开展设计。首先是系统速度控制相关硬件选型设计，复卷机运行时，需确保卷纸速度和退纸速度达成一致，关键在于卷纸辊和退纸辊的统一，若两者速度存在较大偏差，那么会影响到纸幅张力控制，使其出现失稳状况，因此要保证纸幅速度始终处于稳定状态，对伺服驱动系统组态设置PLC控制的触摸屏，依靠该硬件部分将对应运行速度参数输入，同时也能够对卷纸和推纸时的实际速度数据做采集处理，合理布置速度控制接线结构，再对两者的线速度全面调节。其次是系统纠偏控制相关硬件选型设计，具体需运用到的硬件包括PLC控制器、线性驱动电路部分、永磁同步低速电机以及纠偏传感器等，保证硬件运行良好，相关线路连接稳定。最后是系统张力控制相关硬件的选型设计，张力控制的硬件也是核心部分，其实现控制时一般是采用闭环控制回路，该回路中的硬件应包含离合器、磁粉制动器、传感器、张力变送器、恒流源以及PLC控制装置等[2]。

3.2自动控制系统软件部分

基于罗克韦尔1769-L36ERM的主控制器构建张力控制系统后，再通过伺服电机设备开展张力调节，主要是内部激励电流来实施调控。复卷机设备正式运行过程中，要实现张力的精确化控制，还应开展系统软件的优化设计。

3.2.1软件部分基本构成

控制系统中的软件结构组成有：参数设置模块、用户登录界面模块、历史数据模块以及用户管理模块，软件的运行环境是以RSLinx为基础搭建的OPC服务器，内部运行时数据交换可以在上位机与下位机之间产生。

3.2.2各项控制的软件程序流程

一是速度控制的程序，具体实现复卷机相关运行速度控制时，需要先在参数设置模块中输入电机参数，再对卷纸辊和退纸辊的卷径参数科学计算，同时计算其旋转时的角速度，依据计算结果来实现控制。二是纠偏控制的程序，实施复卷机纠偏操作时，主要是控制其电压参数的稳定，保证电压值恒定可以让纠偏机构运行的速度保持良好状态，复卷机运行时纸幅的边缘是否将光电眼挡住可以被相应纠偏传感器检测到，具体信息会以数字量信号形式被反馈到控制器中，接收到信号之后的控制器可以对电机进行正反转的优化调节，进而纠正卷纸的偏差，确保生产工作稳定进行。三是张力控制的程序，对纸幅进行张力自动控制时，需要对离合器的参数合理设定，再基于张力传感器的检测结果，进一步编写控制程序。

3.2.3实际运行分析

复卷机自动控制系统的软硬件设计完成之后，需实际运行确认系统的可靠性。在运行过程中，能够发现退纸辊的电磁力矩是决定纸幅张力大小的关键要素，因而需对其进行调节，本次设计采用的主控制器会向恒流源输出电压，随后恒流源将对磁粉制动器装置输出恒定电流来控制，使其能够进一步调节电磁力矩。若是要求对纸幅张力进行增大，则要调大设定值，那么为了让实际纸幅张力响应更为快速，需要从控制系统着手，主要是对磁粉制动器装置的输入激励电流参数调节，使电流变得更大，那么电磁力矩也会对应提高，进而使纸幅的张力得以增加，实现控制，待到纸幅张力增加到要求的新设定参数值后，激励电流也会重新下降到原始稳定状态。实际运行与分析的状况基本达成一致，比如说纸幅对设定的张力值从原本20N逐渐提高到36N时，纸幅张力的自动控制也是依据上述分析过程中，整个过程所耗费的时间约为5秒，也就是说系统实现张力调节控制能够快速完成，不会耽误过多生产时间。

结论：综上所述，复卷机张力的控制会影响到其运行时的复卷分切效果，要有效调节张力参数，还需科学设计自动控制系统。由本文分析可知，复卷机张力自动控制系统设计需做到硬件选型和软件流程设计，其中硬件结构中包括：触摸屏、PLC控制器、线性驱动电路部分、永磁同步低速电机、离合器、磁粉制动器、传感器、张力变送器等。

参考文献：

[1]司云萍.基于恒张力自动控制系统的挤出复合机改造[J].机电工程技术,2020,47(06):16-18.

[2]王志勇,汤涛林,徐志强,倪汉华.渔船拖网绞车张力自动控制系统设计及试验[J].农业工程学报,2020,33(01):90-94.