基于三菱技术的凹印机张力控制系统

      凹版印刷因其印刷工艺的印版特征而得名,以其精美的印刷质量在软包装行业中占领了重要的位置。凹印机—般由放卷装置、进料牵引、主机牵引、出料牵引及收卷装置组成,其标准配置是常见的七电机系统(含收卷、放卷的自动换卷)。在卷材印刷时,需要使用—定的张力将材料张紧进入印刷单元,并在启动、运行,换卷及停车等过程中保证张力稳定,这样才能保证各种颜色套印准确且图案精美。因此张力控制是凹版印刷机械驱动控制的技术核心,若张力控制稳定,张力波动小,则机器的套印精度及印刷速度就高。
     
      张力控制系统的构成及现状
      在卷材的印刷过程中,系统要求控制的张力主要有放卷张力、进料张力、出料张力及收卷张力,这便是我们通常所讲的四段张力,一般卷料在印刷色组间的张力控制通过版递增来实现。无轴系统也有用各色组驱动电机的速度差进行实现。
      张力控制系统一般由检测、运算控制和驱动装置组成:
      检测部分:该部分由张力传感器或浮动辊组成,近年来由于浮动辊在卷料换卷过程中对材料的张力吸收较好,所以业内的同行人都是使用浮动辊检测。
      运算控制:由PLC、工控机或DSP来完成。近年来由于PLC的大量普及,性能价格比好,运算速度逐年提高,所以大部分采用PLC来做张力控制。一般将浮辊信号经AD转换后直接进入PLC,由PLC进行卷径计算、恒线速度控制和各段张力的PID运算,并将结果通过模拟量DA的方式传给矢量变频器。
      变频器在整个控制系统中即作为驱动执行机构又作为张力的调整装置。因此系统对变频的调速范围和精度、转矩精度及动态响应特性等关键技术都有比较高的要求。
     
      传统方案的局限和我们的改革思路
      由于传统的系统张力控制是通过一台PLC完成,随着印刷速度的增加(100—300m/min)、卷径比的增加(600~1500mm)、印刷色组的增加(原来的6色增加至13色),以及辅助控制点数的增加(压辊、风机及油墨粘度控制等),对于循环扫描方式运算的PLC的CPU来讲,渐渐不堪重任,即便将—些辅助控制移到另—台PLC来完成,但实际的四段张力所需的运算时间用较先进的PLC(例如三菱的FX-3U或SIEMENS的S7-300)都要确近20ms的扫描周期。
      所以我们开始尝试改革传统张力的单CPU结构,引人多CPU的独江算法来汁算各段张力并直接控制驱动变频宋调节张力,即按控制功能的种类或需要每个CPU各司其职,以提高重要环节的处理性能。三菱推出自带卷取功能的矢量变频A740—A1,在研究了三菱的设备资料后,我们认为引入该卷取变频不失为—个值得去试验的好方案。
     
      三菱卷取专用变频
      1.内部自带浮辊专用PID软件,系统可以直接接受浮辊电位器信号
      (1)浮辊PID可以按偏移量分段设定PI参数;
      (2)浮辊控制的输出量可以和主速度做比例补偿;
      (3)其具有断料报警功能。
      2.卷径的计算功能
      (1)可以直接计算卷径:D=V/∏nZ(V:线速度,n:转速,Z:速比);
      (2)初始卷径的多种计算力法或直接设定;
      (3)启动时的P和I可单独调整;
      (4)速度增益可随卷径变化而分段设定门动切换;
      (5)自动产生用于锥度控制的张力设定信号输出;
      (6)收/放卷长度的检测和控制输出。
      3.卷径演算型恒张力控制(转矩控制模式)
      (1)STALL失速控制;
      (2)加减速惯性补偿;
      (3)机械损耗补偿;
      (4)再生回避功能。    
     
      新方案的实现和系统构成
      该控制系统是由七台电机传动控制的,分别为两个收卷(A740-7.5K—A1)、两个放卷(A740-7.5K—A1)、  主机(A740—22K—CHI'),以及收、放卷牵引(A740-3.7K-A1)构成。其中收卷、放卷和收、放卷牵引的浮辊信号分别能直接接到各自的变频,由各自变频内置的浮辊运算模块分别并行运算控制。如图1所示:
      控制系统特点:
      (1)各变频都带有卷径计算和补偿功能,所以我们使各变频按照线速度同步要求运转,版周长的变化和收放卷的直径变化都能预先得到补偿控制。
      (2)整个系统预先已做到线速度同步,浮辊仅用于张力波动引起的速度补偿控制,实测浮动辊的调整量只有0.1~0.3Hz,即位置波动小。由于是多CPU的独立计算,系统响应明显加快,在250m/min高速不停机接料时,设备张力波动非常小。据初步测算,系统的响应日引司可以比单CPU方式的PLC提高10~20倍,大约在1—2ms。
      (3)由于可以通过参数预置初始卷径,根据当前的实际线速度和预置卷径,我们叫以由此控制预驱动速度。实测预驱动变频的线速度和旧轴线速度相当吻合,接料张力波动较小。
      (4) 由于A740—A1都自带485通信按口,FX3U和A740之间有专用的通信指令,所以整个系统采用485通信设定修改参数,且编程相当方便。
     
      未来展望
      经过我们现场的实际应用和调试,证明了使用三菱的卷取专用变频来构成的印刷机标准七电机的张力控制系统具有几大优点:
      1.系统采用多CPU的并行算法,使其响心时刊人幅度提高,且张力控制精度也明显提高,换料工作可靠;
      2.由于浮辊信号直接进入变频,PLC和变频全部用通信方式连接,所以系统AD/DA模块可以尽量少用,既缩短处理时间又节省成本。
      3.三菱卷取专用变频只是在软州上加入卷取模块,没有增加其他费用,若算上减少的AD/DA模块,整个系统的性价比得到提高,有—定的实用价值。
      4.由于客户在价格上控制成本,所以我们在系统没计时也比较精算成本,若要进一步提高性能,三菱的A740可以配CC—Link通信卡,以此提高通信的可靠性。在某些高速同步运行的印刷机中,也可选配SSCNET-III(伺服系统控制网络)的专用附件,作为伺服产品使用,使A740-A1在印刷机的无轴控制十得以发挥其卓越性能。
     
      来源:《现代制造》