報紙印刷張力控制原理及Enkel供紙部張力控制系統改造案例分析

黎鋒

摘 要：在報紙印刷過程中，印刷機的張力控制是非常重要的，尤其是卷到卷的張力控制，它直接影響到報紙的套印精度。好的張力控制系統能夠在印刷機器運轉速度的改變和紙卷大小變化的同時，保持紙帶張力的穩定。一套良好的張力控制系統是印刷品質和套印精度的重要保障，因此筆者根據多年工作經驗進行總結，本文主要對報紙印刷張力控制原理及Enkel供紙部張力控制系統改造案例進行分析。

關鍵詞：報紙印刷；張力控制系統；改造

隨著社會的發展、科技的進步，雖然互聯網能夠代替紙質報紙傳遞信息，但是傳統的紙質報紙仍然是大眾獲取信息的媒介，尤其是紙質印刷技術。事實上，當今社會各行各業的很多方面都需要各種不同的印刷品。現代報紙印刷技術中的張力控制已經成為印刷技術的關鍵要素，在印刷領域里，卷筒紙印刷機的工作過程中卷到卷的張力控制是必不可少的，如果張力控制不合適，就會發生紙張的褶皺、變形，影響印刷質量，或者斷紙造成浪費。Enkel供紙部張力控制系統改造也是勢在必行。

1 現代印刷的前景及應用

在現代社會，印刷技術已經突破傳統觀念和方法，加入了現代科技的元素，數字印刷成為印刷技術的主流。現代印刷是集成高科技元素為一體，現在雖然互聯網等新興媒體對紙媒的沖擊很大，但是現代印刷技術的發展應用還是非常廣泛的。在人們的日常生活中，所看到的或使用的報紙、期刊、鈔票等，都屬于印刷品的范疇。印刷的控制系統成為國內外研究的重要方向。

2 報紙印刷張力控制系統的原理

一般老式報紙印刷供紙部的張力控制系統由制動機構、張力檢測元件、控制plc等組成。張力控制技術方法也有很多種。以浮動輥上安裝的電位器反饋檢測張力，電磁線圈制動器控制剎車盤的摩擦力以達到控制張力恒定的模式。在張力控制過程中，控制張力執行單元為電磁離合摩擦片。

在機器運轉過程中，為保證紙帶的張力能夠保持在印刷工人設定的一個值上，并能夠在啟動時不會拉斷和剎車時紙卷不會慣性地松卷，而且在印刷的過程中隨著紙卷半徑不斷減小保持紙帶張力的穩定，需要對制動力矩進行相應的變化。張力控制系統設計的原理也是多種多樣的，而控制的難點就在新舊紙卷的交換上，在保證印刷不停機的情況下能夠全速接紙，且能夠達到良好的張力控制，是目前所有供紙廠家所追求的目標。

在印刷過程中，紙帶的線速度保持不變，隨著紙卷直徑的不斷減小，在不考慮紙卷慣性的前提下，要保證紙帶張力的穩定必須滿足下面的條件：F×L=M（F紙卷張力，L為紙卷半徑，M為剎車制動力矩）。也就是說，剎車控制力矩也要隨之減小，如果不改變制動力矩的大小，紙帶所受到的張力就會越來越大，最終會使紙帶被拉斷。簡單來說，就是控制剎車片與剎車盤接觸后產生的摩擦力，從而使紙帶達到一定的張力，在張力的作用下浮動輥會產生擺動帶動安裝在浮動輥軸上的電位器數值的改變，將張力的變化轉化為電壓的變化，通過控制器運算控制剎車片的電磁線圈的吸力大小。

在紙卷使用到一定小的直徑時就要有新舊紙卷更換的動作。新舊大小紙卷交接更換的瞬間，必須滿足新舊紙卷速度同步，為保證紙帶張力的恒定，最好是有兩套獨立的制動機構。然而很多老式的供紙補只有一套加速機構和制動控制機構，導致新舊紙卷交換時出現瞬間速度差過大，導致斷紙的情況。

3 Enkel供紙部張力控制系統的改造

目前國內報紙印刷大多都是卷筒紙印刷，其張力控制系統一般采用閉環的電磁式控制，具有精度高、隨機性強的特點，可以適用不同印刷速度和各種紙張。通過對張力檢測元件的信號，控制系統根據張力的設定值和檢測元件反饋的測量值進行運算比較處理。對張力大小的調節主要采用兩種方式：一是直接力矩控制，二是速度差控制。

速度差控制模式下的張力控制是通過調節電機轉速和印刷機速度差來達到控制張力的目的。首先，由過紙輥上的編碼器實時測量速度系統計算出同步匹配頻率。然后，張力檢測元件反饋的信號與張力設定值構成PID（比例-積分-微分控制器），調整變頻器的輸出頻率。

在此對公司的舊Enkel紙架張力控制系統改用變頻控制成功案例進行分析。

這是20世紀90年代相對比較老舊的輪轉印刷供紙部，分別用了兩套控制系統，正在試用紙卷的張力控制采用了力矩控制張力，使用剎車盤、剎車線圈對紙芯施加一個制動力矩。而新紙卷使用的是速度控制，通過對加速皮帶輪電機的速度控制，檢測裝置將印刷的速度信號傳給控制系統，控制系統根據印刷速度和張力設定值運算輸出一個電壓值，加載到加速電機的電磁離合器上，驅動皮帶輪以一定的同步速度運行，然后皮帶輪上的編碼器將檢測速度反饋給控制器，形成閉環控制。

分析供紙部接紙卷-卷交換時的張力控制轉換，經常容易引起張力控制不穩導致浮動輥不穩，張力不穩定最終導致斷紙，影響效率。分析控制原理，最終張力控制執行機構就是一組電磁線圈摩擦片來實現皮帶輪以一定的同步速度運行和印刷速度差調節張力。這個執行機構存在很大的缺點，就是靠電磁離合摩擦片來驅動加速皮帶輪運轉，速度反應、反饋都很遲鈍，而且經常因為離合器摩擦發熱速度無法同步，導致卷-卷接紙失敗。

經過多方面考慮，我們拆去了電磁離合器，直接用加速電機帶動加速皮帶，使用變頻器來控制電機的轉速，以達到恒定張力同步接紙的目的。考慮印刷速度和電機頻率，我們選擇了國產JP6C-T9系列PIM IGBT高性能數字式變頻器，其內置PID控制功能。取原電磁線圈電壓為參考，經過分壓處理通過Kp、Ki和Kd 3個參數的設定，反復試驗最終收到了良好的效果。

4 結語

通過本文的闡述，我們已經了解了印刷張力控制及系統的改進目的，也做了完整的理論要求分析。隨著科技的不斷進步，以及對產品質量的要求，雖然在控制系統部分未做改動，分析對比了各種先進的供紙部優點，改善張力控制的執行機構，提高了加速同步時的張力控制響應速度，取得了良好的效果。但是，我們還有許多工作要做，仍然需要不斷努力，不斷對供紙部張力控制系統進行完善。

參考文獻

[1]陶若冰.發電廠化學在線監控及診斷系統研究[D]西南交通大學，2012.