基于PLC的紙張復合機張力控制系統的研究與實現

唐國方

（江蘇大亞新型包裝材料有限公司，江蘇 丹陽 212300）

基于PLC的紙張復合機張力控制系統的研究與實現

唐國方

（江蘇大亞新型包裝材料有限公司，江蘇 丹陽 212300）

本文結合實際案例，圍繞以PLC作為控制核心的恒張力控制系統，針對復合機按放卷、貼合、印刷、卷取四個部分展開論述。

PLC；紙張復合機；張力控制

包裝材料的生產設備之一是復合機，復合機經過優化和改造后已經實現了智能化、微機控制，內裝載有信號采集輸入等分散型控制結構。各種分立設備的運行穩定狀態關系到生產質量，如果張力控制不好就會影響系統的穩定性，導致產品質量的下降，對生產效益有極大的影響。因此，控制張力是保證產品質量的關鍵。

1 PLC為核心的張力控制新系統的作用

張力控制是復合機的核心，控制得當，材料不會發生橫向或者縱向的形變，結構平整，沒有褶皺，能夠在印刷過程中保持平穩和穩定，大大提高精準率，降低廢品率。因此對復合機不斷進行優化的技術改造，核心內容就是要得到穩定的張力控制系統。在傳統的微機系統的基礎上，進行了以PLC(編程控制器）為核心的張力控制系統升級改造，以滿足生產任務，實現復合機穩定控制具有良好效果。

（1）系統架構（圖1）。系統從架構上可以分為張力控制、放卷、印刷等部分。

圖1 復合機張力控制結構圖

（2）張力控制采用被動式放卷方式，其組成部分包括放卷張力控制、紙料與復合輥之間的張力控制，鋁箔料和復合輥之間的張力控制。放卷的卷徑越小、越重、越寬，張力就越大。復合張力控制的效果取決于復合輥、印刷輥等的速度。在復合機的運行中，對上述輥電機的速度調節可以得到不同的張力。另外，基礎材料的伸縮率、厚薄率、干燥情況等，都會影響張力的產生和效果。速度加快，也會產生較大張力，導致基材厚度不均勻，發生輥壓力波動；速度加快還會影響張力導致褶皺的發生，甚至出現堆積現象。

（3）放卷張力的控制由紙料、復合輥來實現控制，紙料以及鋁箔料的張力部分的控制，在放卷時采用被動的方式，放卷過程基本保持穩定，磁粉制動器通過調節穿動力滿足張力要求。若距離較短，則放卷張力隨著料卷的加重而加重。針對不同材質進行整流輸出、速度差的調整，以得到合適的張力值。

（4）系統運行改造方案。針對原有的卡板分立的缺點，采用PLC張力控制系統（圖2），將數字量的輸入和輸出依靠模塊的擴展功能進行擴大輸入的功能實現，由原來的8路變為16路。模擬量的輸入和輸出改用EM235進行。4路檢測器對張力進行檢測和輸入，3臺調速器控制拖動直流電機，通過PLC來進行系統的邏輯控制。

2 硬件部分介紹

本文以臺灣生產的某型號復合機為例，在該機的張力控制系統中，采用的是西門子的PLC邏輯控制核心實現對復合機的控制，通過對磁粉制動器和直流拖動電機的運行控制，實現恒張力控制，整個工藝流程順為：放卷—貼合—印刷—卷取。

圖2 控制系統總體結構圖

（1）隨著放卷的卷徑減小，張力可保持恒定。采用被動式的方式對紙料和復合輥之間、鋁箔料和復合輥之間技能型張力控制，其工作原理為：通過磁粉控制器的制動力調節，實現張力的負載，這個負載可以通過傳感器進行檢測。經過放大器放大后，送到控制器中。控制器給予張力控制信號，經過制動器作用驅動磁粉作用送到卷軸，形成閉環控制系統。其工作流程為給定張力控制器到恒流源放大器，經過DC輸出到磁粉制動器，再經轉矩輸出到張力傳感器，最后進入信號放大器，再進行放卷輸入輸出信號閉環系統。使用PLC核心的張力控制系統，采用CPU數字量進行模塊的輸出和輸入等程序的實現，利用磁粉控制器的放卷過程的張力，實現張力檢測輸入，完成PLC的邏輯控制。

（2）貼合控制流程，經過導輥的牽引力將紙料和鋁箔料放卷，以料帶的形式進行貼合操作。第一步進行涂布，之后在料帶上涂上類似于膠水的物質進行貼合，貼合號的紙料和鋁箔料進入貼合輥，在貼合輥和貼合輪的作用下實現涂布和膠水的粘合。紙料和鋁箔料粘合的過程對于PLC控制器來說是開環，提高直流調速器、電動機的轉速是關鍵，否則電流的閉環邏輯無法控制。PLC控制器給予電機的是速度的精確控制和穩定運行。PLC控制器完成了直流調速的控制輸出，通過直流電動機系統完成電流內環和轉速外環的雙閉環邏輯控制，整體運行狀態性能可靠，節省了測速發電機的安裝。接通電源后，進行數字量輸入和輸出操作，使用PLC控制器對模擬量進行輸入和輸出，分別對四個壓力傳感器中進行信號調節。在模擬量輸出部分進行電樞電源和勵磁電源的操控，進入三個直流調速器（圖3）。

圖3 貼合過程輸入輸出信號

（3）印刷控制是將復合后的料帶通過導輥輸入印刷單元輸入到張力，經過偏差值的輸入張力，從張力控制器中，輸出-10～10V的電壓，進入直流調速器中，給張力反饋和張力定值進行比較得到偏差值，得到輸出量來控制直流調速器，輸出張力控制器的直流調速大小可以控制電機的轉速，經過DC輸出大直流電動機中，將印刷過程的張力控制在正常范圍內，使用控制PID算法，實現印刷工程的穩定張力控制，從雙閉環發展為3閉環控制系統。

（4）SMOREGD全數字直流調速。貼合、印刷、卷取過程的電路設計，驅動和控制系統的構件采用了全數字直流調速裝置。這個系統包含了四個模擬量輸入口、八個模擬量輸出口、四個開關量輸入和3個開關量輸出口。裝置軟件操作簡便，易于替換。由于復合機正反轉的特殊性，可以在短時間內實現復合機的點動。選擇單相限速調速器可以實現控制數字化調速器的功能，但要保證系統對控制精準度沒有要求，可以不通過測速接口就進行參數設置。

3 軟件部分介紹

控制系統的軟件部分的啟動是通過開機掃描等程序完成，系統的存儲器的運行通過PLC在初始化過程中進行電源和故障的監測。首先開機掃描，進行初始化部分的操控，運行初始化程序后，如果沒有故障，則進入下一步的掃描。下面是變速操作，可使系統不斷靠近新的系統速度。最后是PID調節部分，通過磁粉制動器和直流電動機完成張力控制。掃描結束后進行故障檢測階段，發現故障啟動報警系統，如無故障，程序結束。輸入過程中，如果電源關閉，則程序運行結束，執行過程也隨之結束。如果電源部分打開，則程序進行故障輸入，程序檢測故障，則進行自動或者手動選擇。采用手動操作進行程序運行時，進入運行和停車判斷過程，手動操作用于調試設備所用，自動操作用于生產。當輸入為停車程序階段，則設備進入停止狀態，如輸入為運行，則程序啟動運行。

4 結語

現場信號的輸入和系統的控制PLC控制核心可保證系統的穩定性和快速性。通過系統的運行結果證明，張力控制系統、模塊化設計思路是整機運行中對質量產生影響的主要因素。通過PLC控制系統是為了程序結構的清晰度，為日后的改進和維護做準備。使用的小型PLC作為運行系統的核心，可以令復合機系統設計成本低，性能可靠，控制系統運行良好。

[1]張亞鋒.放卷氣動張力控制系統的設計與實現[J].機床與液壓，2015,(2):110～112,120.

[2]劉楓，楊超君，孫君等.超薄面料用軋光機卷取機構的減張力控制系統設計[J].制造業自動化，2013,(10):146～148.

TP273

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1671-0711（2017）01（下）-0143-02