基于Codesys的柔印機收卷張力自動控制系統(tǒng)

李訓(xùn)艷 孟祥杰 徐春寶 王云 王振愛

摘 要：柔板印刷機的收料張力控制系統(tǒng)是整個生產(chǎn)過程的一個重要環(huán)節(jié)，收卷方式也不盡相同，如：表面卷取收卷、不停機收卷表面收卷、中心收卷等，不同的收卷方式張力控制也有差別。通過對中心收卷張力的研究，設(shè)計了一種基于Codesys的收卷張力自動控制系統(tǒng)，進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，控制過程研究，程序編寫，參數(shù)整定，并給出整定結(jié)果和分析，結(jié)果證明了該方法的優(yōu)越性及穩(wěn)定性，較好的實現(xiàn)了柔印機材料的收卷過程的張力最佳控制。

關(guān)鍵詞：柔印機;收卷;張力自動控制;Codesys

中圖分類號：TP271.4 ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

近年來，由于考慮環(huán)保、膠印機及凹印機轉(zhuǎn)型等因素，對于柔版印刷機的需求量日益增加。在柔印機的生產(chǎn)過程中，材料收卷張力的控制至關(guān)重要。隨著收卷卷徑的不斷增加[1]，張力也必須作出相應(yīng)的調(diào)整才能保證收取的材料表面整齊光滑。下面將具體研究柔版印刷機收卷裝置的張力自動控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

柔版印刷機收卷張力自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，材料從后張力牽出后經(jīng)張力調(diào)節(jié)裝置至收卷軸，收卷軸由電機經(jīng)皮帶或齒輪直接帶動。其張力自動控制系統(tǒng)包括兩個部分，分別是浮動輥張力調(diào)節(jié)裝置和卷徑部分張力控制。這兩部分相輔相成，相互影響，浮動輥張力調(diào)節(jié)部分控制的穩(wěn)定性直接影響卷徑部分卷徑計算的精確度，同時卷徑部分卷徑計算的準(zhǔn)確及穩(wěn)定性也影響浮動輥的擺動變大，進而導(dǎo)致紙張張力變化，材料過松或過緊，導(dǎo)致收的材料殘次不齊或材料由里到外松緊不一致等情況。

1.1 浮動輥張力調(diào)節(jié)裝置部分的張力自動控制

浮動輥調(diào)節(jié)裝置是柔版印刷機中心收卷張力自動控制中重要的部分，它決定了收卷張力的穩(wěn)定性。此部分主要通過AI模塊采集浮動輥的實際位置值給上位工控機IPC，IPC經(jīng)過PID控制算法精確快速控制輸出量來調(diào)整卷取電機的速度，進而達到控制收卷張力的目的。由于Codesys系統(tǒng)自帶PID功能指令，為了方便這里直接調(diào)用系統(tǒng)自帶的PID功能指令[2]，在此功能中，PID參數(shù)的整定直接影響控制性能的好壞。在調(diào)節(jié)PID參數(shù)時，首先調(diào)節(jié)Kp值，獲得系統(tǒng)響應(yīng)的動態(tài)響應(yīng)曲線，根據(jù)動態(tài)響應(yīng)曲線的快速響應(yīng)性及快速穩(wěn)定性確定比例增益Kp的初始值;然后加入積分時間Tn，調(diào)節(jié)Tn值，獲得它的響應(yīng)曲線，根據(jù)曲線的穩(wěn)定性及超調(diào)情況確定積分時間Tn的初始值，這里不用微分時間Tv，所以不予考慮。經(jīng)過整定調(diào)試，最終確定Kp和Tn值，從而使系統(tǒng)獲得最佳的控制效果。根據(jù)經(jīng)驗經(jīng)過調(diào)試整定，最終確定Kp為0.08，Tn為30，PID輸出范圍在-0.01～0.01之間，浮動輥張力控制非常穩(wěn)定，浮動輥幾乎穩(wěn)定在設(shè)定值。

1.2 卷徑部分的張力控制影響

計算卷徑的高度準(zhǔn)確穩(wěn)定性直接影響收卷控制張力的穩(wěn)定。

由此看見，浮動輥張力控制于收卷卷徑相互影響，因此卷徑的準(zhǔn)確穩(wěn)定至關(guān)重要，如果卷徑波動太大，那么通過理論計算IPC下發(fā)給收卷電機的速度就會跳動較大，這樣不僅影響浮動輥擺動的穩(wěn)定而且導(dǎo)致收卷卷材忽松忽緊張力極不穩(wěn)定。同時由于慣性、加減速、干擾、張力調(diào)節(jié)機構(gòu)等因素的影響，此公式計算的卷徑直接用來推算指令速度跳躍性太大，材料容易出現(xiàn)抖動或斷紙等情況。這里設(shè)計卷徑濾波輸出，增加濾波算法使卷徑平穩(wěn)增加。具體算法如下：

（Dn：本次濾波輸出卷徑，Dn-1：上次濾波輸出卷徑，α：濾波系數(shù)，Xn：本次采樣實時卷徑。）

利用此算法對本次采樣理論計算卷徑與上次濾波輸出卷徑的差值進行加權(quán)處理，使輸出卷徑對輸入卷徑有反饋作用，同時考慮上次濾波卷徑，進一步避免了卷徑突變導(dǎo)致的張力不穩(wěn)定，調(diào)節(jié)合適的加權(quán)值快速響應(yīng)卷徑變化從而調(diào)整收卷電機速度使張力穩(wěn)定可靠。經(jīng)濾波處理后卷徑輸出曲線如圖1所示，經(jīng)過濾波后輸出卷徑平滑穩(wěn)定遞增，保證了收卷張力的穩(wěn)定。

2 結(jié) 語

該控制系統(tǒng)基于Codesys及研華工控機，完全自主研發(fā)，調(diào)試靈活方便，閉環(huán)控制[4]可控性好，控制精度高[5]，通過浮動輥張力PID參數(shù)整定及收卷卷徑濾波處理等工作使收卷張力控制到達了穩(wěn)、準(zhǔn)、快的控制要求，克服了傳統(tǒng)收卷張力控制系統(tǒng)的種種缺陷，使生產(chǎn)質(zhì)量有了明顯提高，取得了較高的經(jīng)濟效益。

該控制系統(tǒng)已在公司很多臺設(shè)備應(yīng)用運行，運行效果良好，操作簡單[3]，調(diào)整方便，受到用戶的一致好評。

參考文獻：

[1]盛衛(wèi)鋒， 周一屆. 張力自動控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J]. 江南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） 2004.6. 3（3）： 278-282.

[2]張水英， 麻壽光. 整經(jīng)機PLC恒張力自動控制系統(tǒng)[J]. 紡織學(xué)報， 2004.2， 25（1）： 83-84.

[3]賈建明， 程躍輝. 用于凹版套色印刷機的張力自動控制系統(tǒng)[J]. 自動化與儀表， 1999.1， 14（1）： 30-32.

[4]傅雯 . 可編程控制器用于張力控制的一種方法[J]. 自動化儀表， 2000.2， 21（2）：28-30.

[5]穆征， 張冶 . 絡(luò)紗張力控制系統(tǒng)分析[J]. 紡紗技術(shù)， 2006 5： 47-51.

作者簡介：

李訓(xùn)艷（1983—），女，工程師，碩士研究生。主要研究方向：控制理論與控制工程。主要從事工作：電氣自動化設(shè)計。

孟祥杰（1987—），男，工程師，碩士研究生。主要研究方向：控制理論與控制工程。主要從事工作：電氣自動化設(shè)計。

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