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張力變頻在七電機型凹印機上的應用
本文著重闡述英威騰張力變頻在七電機凹印機現場的成功應用,展示張力變頻在印刷領域的張力與同步控制的先進方案,引導一種新的變頻控制技術。








張堅強 (1974-)
男,畢業于昆明理工大學工業自動化專業,主要研究方向為工業自動化系統的應用。

摘要:本文著重闡述英威騰張力變頻在七電機凹印機現場的成功應用,展示張力變頻在印刷領域的張力與同步控制的先進方案,引導一種新的變頻控制技術。

關鍵詞:張力與同步;控制技術

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,簡稱凹印機,又稱凹版機。是將雕刻在印刷滾筒表面的凹陷圖文浸沒在油墨槽里轉動,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,適用的介質多(如薄膜、紙張等),適應范圍廣泛,耐印性好、印速高等特點,深受業內青睞。根據顏色的分類,可分為單色凹版機和多色凹版機。凹印機對同步與張力控制的穩定性和控制精度要求較高。

2 傳統凹版機的控制方案組成與缺陷

2.1 組成

    傳統的七電機型凹印機控制系統是由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

    以上的方案是目前較為傳統的控制方式,所有的控制集中在PLC來完成,變頻器僅起驅動作用。

    它雖然也能達到較好的控制效果,但是還是存在以下不足:

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

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

    (3)系統中因需要數個模擬量模塊,導致成本增加,系統變得復雜化。

3 張力變頻控制方案

    以下結合東莞某印刷機械公司在七電機型凹版機的成功應用經驗,克服以上傳統方案的缺點,總結張力變頻在同步與張力控制中的整體解決方案。

3.1 系統配置

    張力變頻器不僅具有變頻驅動的常規功能,還集成了智能控制技術。使變頻器同時具備張力與同步的運算控制功能。系統由PLC基本單元、CHV170張力變頻器與觸摸屏組成。

3.2 方案優點

    (1)同步控制與張力的運算全部集中在張力變頻器里完成,PLC僅完成系統的邏輯控制與通訊。這樣同步與張力的控制無須經過PLC運算的中間環節就可直接運算輸出,響應速度與精度比傳統方案的要高。

    (2)系統所需的參數設置如放卷初徑、印刷輥外徑,均通過PLC的一個晶體管脈沖輸出信號,所發送脈沖數量為相關參數的設定值,發送完成后變頻器有一個應答輸出到PLC當中。這樣即可完成PLC與變頻之間信號發送與接收,程序簡單。

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

    (4)系統的維護變得更加簡易與方便。

3.3 七電機型凹版機的工藝控制流程

    七電機型凹版機是全自動凹版印刷機的主流產品,具有自動切料、接料的特點。它是由主機、前牽引、后牽引、雙收卷與雙放卷電機構成。印刷部分在主機部分完成。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。張力大小的設定一般是通過調節擺桿的氣壓來實現,如圖1所示。

3.4 凹印機系統控制接線圖

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

    系統啟動后,主機為零速,變頻的零速張緊功能起作用,可令各環節的擺桿處于平衡位置狀態。此時通過加減速按鈕來增加或減少主機的速度,主機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的同步給定,各變頻AI2的擺桿平衡位置作為張力給定信號,擺桿的擺動變化作為張力反饋信號,形成張力閉環反饋的速度控制。雙收卷與雙放卷一般都是只有一個在運行的,當前是哪個運行由PLC選定控制,放卷只有在換卷時,兩個放卷變頻才同時工作,收卷也如此。放卷或收卷變頻的速度除了跟主機速度大小有關外,還與當前的卷徑大小有關。這樣既可以實現速度的同步控制,又可以實現張力的恒定。

    關于脈沖通訊:

    以上系統運行前,先通過觸摸屏設定相關的印版外徑、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,發送3K以內不同脈沖頻率的脈沖數到變頻器的高速脈沖輸入口中,相關變頻所設置接收脈沖頻率不一樣,這樣變頻就可接收到PLC發來的相應脈沖頻率的脈沖數作為相關參數的給定。這些參數以及計長、翻轉預設參數等,均可通過觸摸屏進行設定,如圖4所示。

                                   圖4   參數設置界面

3.6 調試過程與參數設置

    (1)裝好編碼器,斷開電機負載。

    (2)電機參數設置

    根據電機銘牌參數設定到P2組相關參數當中。

    進行參數自學習過程:將P0.17 設成1,顯示“RUN-0”,再按鍵盤“RUN”鍵,電機自動運轉,待鍵盤重新閃爍顯示頻率值時,參數自學習完成。

    用鍵盤起動,有編碼器的請將P0.00設成1,編碼器線數輸入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)時電機運轉是否正常,運行電流是否平穩,如果不正常請重新進行參數自學習。

    (3)設置主機、前牽引、后牽引、收卷、放卷等各項參數。

3.7 常見問題與處理技巧

    (1)張力過松或過緊

    調節各擺桿氣缸的氣壓。不同材料應設置不同的氣壓大小。調整時可通過搖動擺桿力量的大小來設定氣壓。

    (2)收放卷初始運行時狀態不穩定或主機部分張力異常

    觀察觸摸屏上放卷的初徑設定、主機所換上的印刷輥外徑設定是否準確、收卷在手動卸料時是否卷徑清零。

    (3)變頻器在低頻工作時抖動,電流波動較大

    檢查變頻器參數自學習是否正確,編碼器安裝與工作是否正常,其屏蔽線是否接地。

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