分切機的控制技術及系統設計探究

孟友彬 廖界豐

（海鹽吉龍機械股份有限公司，浙江嘉興 314312）

分切機是印刷行業應用的重要裝置，主要完成紙張的分切控制，不同的紙張分切機適用于不同的紙張生產情況。例如，某些紙張分切機適用于牛皮紙以及干膠紙的紙張切割。在現代印刷制造工業生產中，對于印刷制造的生產效率十分重視，所以分切機開始朝自動化控制方向發展，利用現代自動控制技術能夠有效提升紙張分類切割機的工作效果。另外，在自動化技術不斷更新發展的大背景下，相關專家也提出了對分切機控制技術進行創新研究的思路，設計應用紙張分類分切機的自動控制系統，進一步提升分切機的工作精度和工作效率。

1.紙張分切機簡要分析

紙張分切機是現代印刷行業中應用的關鍵裝置，對于印刷工業生產有重要的作用。在紙張分切機應用的過程中，其主要的功能是將寬幅卷筒紙張分切為寬度不等，直徑不等的紙張，從而滿足印刷生產對紙張規格的不同需求[1]。

紙張分切機在應用過程中，是依靠各結構協調生產而完成各項工作，主要包括機架傳動結構、放卷結構、收料結構、張力裝置、牽引結構、分切刀架、廢料收卷與排放等組成，不同的結構具有不同的功能，最重要的裝置就是控制系統。為了應對現代化工業生產的需求，紙張分切機開始應用計算機控制系統或自動化控制系統，控制系統是發送指令的核心結構，控制著整個裝置的生產。在裝置的應用過程中，紙張分切機控制系統發送指令，將原材料固定在放料軸上，放料軸的一端裝有電機張力控制器來恒定原材料所需的張力，經過一對橡膠輥來牽引原材料，經刀片切割成若干條，再經過各導輥導引至A、B收卷軸進行收卷成品。它的傳動由主電機帶動牽引輥及收料軸同步運轉而達到牽引走料及成品收料的目的。

紙張分切機控制系統設計應用后，紙張分切機系統能夠自動進行分切完成工作并且系統的工作精度也得到了優化調整，通過參數的綜合精度管控才能夠提升分切機的應用效果。所以，在現代紙張分類分切機研究過程中，針對分切機的控制技術和系統研究是整個分切機應用研究的關鍵方向[2]。

2.紙張分切機控制技術探討

紙張分切機控制技術是紙張分切機裝置使用過程中的關鍵技術，該技術的應用是整個分切機運行管理的核心。而在實際的分切機優化研究過程中，針對控制技術進行深入研究也是技術優化的突破口。以下是本文對分切機控制技術的全面研究。

（1）現代紙張分切機控制技術的核心是PLC。PLC是邏輯編程控制器，是一種微型計算程序控制模塊，具有自動控制、邏輯編程、數據信號接收和發送等多種功能。PLC技術是現代電氣自動化設備中應用的核心技術，對于自動化技術的應用起到關鍵的作用。在紙張分切機控制技術中，PLC自動化控制技術能夠有效地控制技術應用效果。在整體的控制過程中，PLC技術能夠按照控制需求設置各種控制流程，其中包括分切機啟動控制流程、分切機停止控制流程、分切機參數變化控制流程以及分切機的運行更改設計流程等相關內容，通過對分切機的流程控制保證分切機的應用效果。所以，從自動控制原理角度而言，分切機的PLC控制技術才是整個裝置的核心控制模塊。

（2）分切機控制技術研究過程中，需要做好運行動力的絕對控制，在整個分切機運行中，分切機運行主要包括直接控制技術、間接控制技術兩個方面[3]。首先，直接控制技術應用具體是指在分切機裝置運行時，采用張力傳感器對分切機的運行數據進行直接獲取，并且利用張力數據為參考，直接完成閉環控制，實現對裝置的直接控制。其次，分切機應用過程中，包括間接控制技術應用，在間接控制過程中，不采用傳感器作為中間裝置，而是對分切機不穩定影響因素進行控制，在分切機的總體控制過程中，需要落實好分切機的全面不穩定控制，最終控制分切機的應用效果。在整體分切機的運行控制時，需要綜合管控分切機的運行效果。同時，間接控制技術應用也是通過分切機的運行差值控制，完成各項運行分析控制。

3.紙張分切機控制系統設計分析

通過對紙張分切機系統以及控制技術全面分析發現，紙張分類分切機的控制技術主要是依靠PLC技術進行核心控制。所以，在現代紙張分切機控制系統設計中，以PLC技術為核心進行設計非常關鍵，能夠良好地實現自動化控制模塊，保證自動化控制質量。在分切機控制應用中，還可以嚴格落實好各項系統設計質量。在整體進行系統設計時，需要以PLC技術為核心進行設計，以下是本文提出的一種紙張分類分切機控制系統設計思路。

3.1 系統的總體結構設計

在PLC分切機系統的設計過程中，完成分切機的整體結構設計非常關鍵，能為后續的系統設計打好基礎。在本文進行設計中，系統的總體結構主要由傳輸結構、伺服驅動結構、回旋切割結構、觸摸屏結構、PLC定位結構，以及變頻裝置結構等組成。

（1）傳輸結構的主要功能就是完成紙張的運送，了解傳輸結構，才能夠保證紙張運送良好，為后續的工作做好準備。

（2）伺服驅動結構，主要是負責系統的驅動動力生成，刀具的回旋等都由驅動系統提供動力。

（3）觸摸屏模塊。觸摸屏模塊是系統的關鍵結構，主要負責系統的操作，人機交互，系統參數更改等，

（4）PLC定位模塊也是系統的核心模塊，在整個系統進行設計過程中，各模塊的核心設計十分關鍵，在整體的系統設計應用過程中，PLC不僅具有定位功能，還具有核心指令發送功能。

3.2 系統硬件設計分析

在PLC分切機控制系統進行設計過程中，完成對分切機的硬件設計非常重要，對實現整個系統的控制功能有非常關鍵的作用。在本次系統設計中，硬件設計十分重要。以下是對系統的硬件設計進行分析。

（1）系統硬件設計中，包括對PLC裝置的核心硬件設計，通過硬件設計提升設計效果。在整個硬件設計過程中，需要對設計進行綜合管控。在本次PLC設計過程中，選擇（西門子S7-1200）可編程邏輯控制技術，并且在整個PLC設計過程中，增加了一個公用CPU模塊、設置了硬件電源模塊，同時采用16點數字量輸出技術和8點的數字量輸入和輸出模塊，完成各項信號采集工作，確保系統應用良好。后期數據處理模塊設計應用ARM架構的32微處理器，在該處理器的接口設計應用中，320X240以及STNLCD顯示屏接口，同時也設計無線模塊接口，從而實現整個模塊設計。另外，在整個模塊設計中，儀器選擇3個16位定時器、16位PWM波輸出、設計了27-5.25V 3V低能耗的電源裝置。PLC的硬件設計主要選擇FLASH儲存器以及SDRAM儲存器等模塊，兩個不同的儲存器模塊，可以實現儲存器的儲存設計。

（2）系統硬件設計中，包括張力傳感裝置的設計應用。在整個結構進行設計過程中，采用了不同的結構參數，并且在整體進行設計時，選擇應用LX—030TD型張力傳感器。

（3）系統設計過程中，針對變頻裝置進行了設計。應用A-352型號的變頻調速裝置，在該裝置的應用過程中，能夠實現0m/min～500m/min的變頻調速。該變頻調速裝置的變頻調速區間比較大，變頻調速控制效果也比較合理，具有良好的穩定性，保證了變頻調速質量[2]。

3.3 系統的張力控制設計應用

在分切機軟件控制設計應用過程中，張力的綜合控制設計十分關鍵，能夠提升張力設計效果，張力控制模式也是整個分切機軟件操作的重要環節。在這個張力進行控制實施過程中，其軟件按照位置控制器、被控對象、張力模型構建、擺渡控制、電位控制等多項流程進行工作，在此工作模式下，能夠實現分切機的具體操作。在設計軟件流程時，針對整個軟件的流程進行分析，首先放卷牽引部分設置了張力參數，在紙張進入到系統后，根據傳感器了解到張力，并且通過系統的總體程序控制完成放卷電極的轉速調整，按照紙張的大小完成分切控制[4]。在本次系統軟件設計中，針對軟件流程進行設計如下：

（1）軟件系統開始工作。

（2）自動啟動系統工作。

（3）檢測撥叉指令。

（4）了解數據通信。

（5）給定緩沖儲存器、開始配置繼電器裝置。

（6）開始設置轉速分切指令。

（7）完成扭力計算分析。

（8）計算轉速。

（9）調整扭矩。

（10）構建分切機復卷軸靜態動力方程。

系統工作過程中按照上述工作流程開展各項工作，確保分切機控制系統應用良好，提升應用效果。

3.4 完成系統的主要功能設計

在本次PLC紙張分切機控制系統設計過程中，ZTM-A紙張分切機地控制應用十分關鍵，能夠提升分切控制效果，確?？刂茟煤侠?。以下是對本次分切機的主要功能設計。

（1）分切機適合于分切不干膠紙、牛皮紙、水松紙、內襯紙等各種紙張分切作業。

（2）整機由PLC集中控制（四電機）并采用觸摸屏人機界面對整機進行集中操作。

（3）放卷采用電機，由PLC自動計算卷徑實現恒張力控制。

（4）牽引控制由一臺矢量變頻電機驅動，實現恒線速度控制，并有效地隔斷收放卷張力之間的影響。

（5）收卷傳動采用兩臺矢量變頻電機驅動，由PLC自動計算卷徑實現收卷張力錐度控制。

（6）放卷采用液壓式自動上料裝置，適合無行車之車間，可節省人力及縮短上下料時間。上料方式有軸上料和無軸上料兩種選擇。

（7）EPC糾偏裝置可準確控制端面精度，光電或液壓糾偏可選。

（8）系統具有啟動緩沖、停車放松、計米定長、定速、卷徑運算等分切功能。

另外，以表1為本次系統設計的具體參數。

表1 分切機控制系統參數分析

4.紙張分切機控制系統實現探討

本次進行紙張分切機控制系統的全面設計，是為了驗證本次系統設計的合理性。在本文研究過程中，針對系統進行了具體實驗，并按照上述設計進行設備選型和還原，對系統工作過程中的張力進行測試分析，分別測定不同調試狀態下的張力值，從而了解到系統張力運行效果[5]。

（1）在本次實驗中，針對電氣比例閥100MPa下的張力數據進行測定，其張力均值能夠達到2.7kg。

（2）在本次實驗中，針對電氣比例閥500MPa下的張力數據進行測定，其張力均值能夠達到2.9kg。

（3）在本次實驗中，針對電氣比例閥1000MPa下的張力數據進行測定，其張力均值能夠達到3.6kg。

（4）在本次實驗中，針對電氣比例閥1500MPa下的張力數據進行測定，其張力均值能夠達到4.2kg。

通過張力值測定分切控制效果實驗，該系統具有良好的分切控制能力，證明了該系統的設計合理性。

5.結語

本文全面研究了紙張分切機控制系統設計，希望通過本文的設計研究對紙張分切機控制系統的設計應用有所幫助。