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張堅(jiān)強(qiáng) （1974-）
男，畢業(yè)于昆明理工大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，主要研究方向?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用。

摘要：本文著重闡述英威騰張力變頻在七電機(jī)凹印機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的成功應(yīng)用，展示張力變頻在印刷領(lǐng)域的張力與同步控制的先進(jìn)方案，引導(dǎo)一種新的變頻控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：張力與同步；控制技術(shù)

Abstract: This article demonstrates the successful application case of INVT tension 
control inverter in the gravure printing machine with 7 motors. This case shows the 
advanced scheme of the control of tension and synchronization in the printing field, 
and leads to a new technology of inverter control.

Key words: Tension and synchronization; Control technology

1 引言

    凹版印刷機(jī)，簡(jiǎn)稱凹印機(jī)，又稱凹版機(jī)。是將雕刻在印刷滾筒表面的凹陷圖文浸沒在油墨槽里轉(zhuǎn)動(dòng)，用特制的刮墨刀將印版空白部分的油墨刮凈，然后在壓力的作用下將圖文部分的油墨轉(zhuǎn)移到承印物上來完成印刷。具有層次豐富、色澤鮮明，適用的介質(zhì)多（如薄膜、紙張等），適應(yīng)范圍廣泛，耐印性好、印速高等特點(diǎn)，深受業(yè)內(nèi)青睞。根據(jù)顏色的分類，可分為單色凹版機(jī)和多色凹版機(jī)。凹印機(jī)對(duì)同步與張力控制的穩(wěn)定性和控制精度要求較高。

2 傳統(tǒng)凹版機(jī)的控制方案組成與缺陷

2.1 組成

    傳統(tǒng)的七電機(jī)型凹印機(jī)控制系統(tǒng)是由PLC基本單元、模擬量模塊、通用矢量變頻器以及觸摸屏組成。

2.2 缺點(diǎn)

    以上的方案是目前較為傳統(tǒng)的控制方式，所有的控制集中在PLC來完成，變頻器僅起驅(qū)動(dòng)作用。

    它雖然也能達(dá)到較好的控制效果，但是還是存在以下不足：

    （1）由于張力的控制通過PLC的PID運(yùn)算后再輸出相應(yīng)的模擬量給變頻器，運(yùn)算的程序量較大，而這部分掃描處理時(shí)間往往達(dá)到甚至超過30ms的時(shí)間，再輸出到變頻器就會(huì)有些響應(yīng)滯后，影響了其控制精度；

    （2）由于變頻器調(diào)速時(shí)接收的信號(hào)是0~10V的模擬量弱電信號(hào)，容易受到變頻器本身或外圍所致的信號(hào)干擾；

    （3）系統(tǒng)中因需要數(shù)個(gè)模擬量模塊，導(dǎo)致成本增加，系統(tǒng)變得復(fù)雜化。

3 張力變頻控制方案

    以下結(jié)合東莞某印刷機(jī)械公司在七電機(jī)型凹版機(jī)的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，克服以上傳統(tǒng)方案的缺點(diǎn)，總結(jié)張力變頻在同步與張力控制中的整體解決方案。

3.1 系統(tǒng)配置

    張力變頻器不僅具有變頻驅(qū)動(dòng)的常規(guī)功能，還集成了智能控制技術(shù)。使變頻器同時(shí)具備張力與同步的運(yùn)算控制功能。系統(tǒng)由PLC基本單元、CHV170張力變頻器與觸摸屏組成。

3.2 方案優(yōu)點(diǎn)

    （1）同步控制與張力的運(yùn)算全部集中在張力變頻器里完成，PLC僅完成系統(tǒng)的邏輯控制與通訊。這樣同步與張力的控制無須經(jīng)過PLC運(yùn)算的中間環(huán)節(jié)就可直接運(yùn)算輸出，響應(yīng)速度與精度比傳統(tǒng)方案的要高。

    （2）系統(tǒng)所需的參數(shù)設(shè)置如放卷初徑、印刷輥外徑，均通過PLC的一個(gè)晶體管脈沖輸出信號(hào)，所發(fā)送脈沖數(shù)量為相關(guān)參數(shù)的設(shè)定值，發(fā)送完成后變頻器有一個(gè)應(yīng)答輸出到PLC當(dāng)中。這樣即可完成PLC與變頻之間信號(hào)發(fā)送與接收，程序簡(jiǎn)單。

    （3）省去PLC控制所需的模擬量模塊，不但節(jié)省成本，系統(tǒng)的硬件與軟件變得簡(jiǎn)易化，可靠性增強(qiáng)。

    （4）系統(tǒng)的維護(hù)變得更加簡(jiǎn)易與方便。

3.3 七電機(jī)型凹版機(jī)的工藝控制流程

    七電機(jī)型凹版機(jī)是全自動(dòng)凹版印刷機(jī)的主流產(chǎn)品，具有自動(dòng)切料、接料的特點(diǎn)。它是由主機(jī)、前牽引、后牽引、雙收卷與雙放卷電機(jī)構(gòu)成。印刷部分在主機(jī)部分完成。收料或收料切換在收卷部分完成，放料或放料切換在放卷部分完成。張力大小的設(shè)定一般是通過調(diào)節(jié)擺桿的氣壓來實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。

3.4 凹印機(jī)系統(tǒng)控制接線圖

3.4.1 PLC接線圖（如圖2所示）

                                   圖1  工藝流程圖

                                    圖2   PLC接線圖

3.4.2 變頻控制接線圖（如圖3所示）

                                    圖3   變頻器控制接線圖

3.5 工作過程說明

    系統(tǒng)啟動(dòng)后，主機(jī)為零速，變頻的零速張緊功能起作用，可令各環(huán)節(jié)的擺桿處于平衡位置狀態(tài)。此時(shí)通過加減速按鈕來增加或減少主機(jī)的速度，主機(jī)速度通過模擬量輸出口AO作為放卷、前牽引、后牽引與收卷變頻AI1的公共速度輸入信號(hào)的同步給定，各變頻AI2的擺桿平衡位置作為張力給定信號(hào)，擺桿的擺動(dòng)變化作為張力反饋信號(hào)，形成張力閉環(huán)反饋的速度控制。雙收卷與雙放卷一般都是只有一個(gè)在運(yùn)行的，當(dāng)前是哪個(gè)運(yùn)行由PLC選定控制，放卷只有在換卷時(shí)，兩個(gè)放卷變頻才同時(shí)工作，收卷也如此。放卷或收卷變頻的速度除了跟主機(jī)速度大小有關(guān)外，還與當(dāng)前的卷徑大小有關(guān)。這樣既可以實(shí)現(xiàn)速度的同步控制，又可以實(shí)現(xiàn)張力的恒定。

    關(guān)于脈沖通訊：

    以上系統(tǒng)運(yùn)行前，先通過觸摸屏設(shè)定相關(guān)的印版外徑、放卷的初徑。由于所采用的PLC是晶體管輸出型的，PLC可通過YO的脈沖輸出通道，發(fā)送3K以內(nèi)不同脈沖頻率的脈沖數(shù)到變頻器的高速脈沖輸入口中，相關(guān)變頻所設(shè)置接收脈沖頻率不一樣，這樣變頻就可接收到PLC發(fā)來的相應(yīng)脈沖頻率的脈沖數(shù)作為相關(guān)參數(shù)的給定。這些參數(shù)以及計(jì)長(zhǎng)、翻轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)參數(shù)等，均可通過觸摸屏進(jìn)行設(shè)定，如圖4所示。

                                   圖4   參數(shù)設(shè)置界面

3.6 調(diào)試過程與參數(shù)設(shè)置

    （1）裝好編碼器，斷開電機(jī)負(fù)載。

    （2）電機(jī)參數(shù)設(shè)置

    根據(jù)電機(jī)銘牌參數(shù)設(shè)定到P2組相關(guān)參數(shù)當(dāng)中。

    進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)過程：將P0.17 設(shè)成1，顯示“RUN-0”，再按鍵盤“RUN”鍵，電機(jī)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，待鍵盤重新閃爍顯示頻率值時(shí)，參數(shù)自學(xué)習(xí)完成。

    用鍵盤起動(dòng)，有編碼器的請(qǐng)將P0.00設(shè)成1，編碼器線數(shù)輸入P3.10，修改P0.10頻率值，觀察零速0.00Hz，低速0.50Hz，中速20.0Hz，高速（最大頻率值）時(shí)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，運(yùn)行電流是否平穩(wěn)，如果不正常請(qǐng)重新進(jìn)行參數(shù)自學(xué)習(xí)。

    （3）設(shè)置主機(jī)、前牽引、后牽引、收卷、放卷等各項(xiàng)參數(shù)。

3.7 常見問題與處理技巧

    （1）張力過松或過緊

    調(diào)節(jié)各擺桿氣缸的氣壓。不同材料應(yīng)設(shè)置不同的氣壓大小。調(diào)整時(shí)可通過搖動(dòng)擺桿力量的大小來設(shè)定氣壓。

    （2）收放卷初始運(yùn)行時(shí)狀態(tài)不穩(wěn)定或主機(jī)部分張力異常

    觀察觸摸屏上放卷的初徑設(shè)定、主機(jī)所換上的印刷輥外徑設(shè)定是否準(zhǔn)確、收卷在手動(dòng)卸料時(shí)是否卷徑清零。

    （3）變頻器在低頻工作時(shí)抖動(dòng)，電流波動(dòng)較大

    檢查變頻器參數(shù)自學(xué)習(xí)是否正確，編碼器安裝與工作是否正常，其屏蔽線是否接地。