收稿日期:2007210224基金项目:北京市教育委员会科技发展计划面上项目资助(K M200510015008)作者简介:孙玉秋(1963-),女,哈尔滨人,硕士,北京印刷学院副教授,主要从事印刷技术和印刷过程控制技术的教学和研究。
卷筒纸印刷机张力控制研究孙玉秋(北京印刷学院,北京102600)摘要:针对卷筒纸印刷生产的特点,阐述了张力控制的目的和影响张力的主要因素,分析和研究了纸带张力控制机理。
通过对罗兰卷筒纸印刷机纸带张力控制系统实例,详细剖析了张力控制系统的控制规律和控制回路。
说明了张力控制系统中采用的P I D 控制规律的优点,并得出纸带张力控制系统的影响因素和控制中需要解决的相应问题。
关键词:卷筒纸印刷机;纸带;张力;控制算法中图分类号:TTS803.6 文献标识码:A 文章编号:1001-3563(2008)03-0090-03R e se a rch of W e b P re ss T e n s ion C on t ro lSUN Yu 2qiu(Beijing I nstitute of Graphic Communicati on,Beijing 102600,China )A b s t ra c t:The pur pose of tensi on contr ol and main fact ors influence tensi on were exp lained accordingt o the characteristic of web p ress .The mechanis m of tensi on contr ol was analyzed and researched .The ten 2si on contr ol rule and l oop were analyzed with instance of Roland web p ress .The advantages of P I D contr ol in tensi on contr ol syste m were exp lained .The influencing fact ors and p r oble m s needed t o be s olved in tape ten 2si on contr ol syste m were put f or ward .K e y w o rd s:web p ress;tape;tensi on;contr ol arith metic 张力控制系统主要是为了使纸带展开过程中张力保持恒定,通过对纸卷设置制动器并对这个制动器进行必要的控制实现。
张力控制系统的制动器大都采用磁粉制动器,通过对其激磁电流的控制就可以做到:在机器的印刷速度恒定时,保证料带张力稳定在设定的数值上;在机器启动和刹车期间(就是在加速和减速时)可以防止料带过载和随意松开;在机器的印刷速度恒定期间,随着纸卷尺寸不断地减小,为了保持料带的张力恒定需使制动力矩相应地变化。
本文主要针对卷筒纸印刷机给纸张力的控制进行详细探讨。
1 卷筒纸印刷机张力控制目的和影响因素卷筒纸印刷机是以卷料形式供应承印材料的印刷机。
卷筒纸印刷机已经非常广泛的应用在报纸、书刊、精美产品的印刷中卷筒纸印刷生产主要是应用在报纸、画册、图书等印刷工作中。
中国目前使用的卷筒纸印刷设备大多数是进口产品,无论是商业卷筒纸还是报纸卷筒纸的印刷生产一般都是采用各种品牌的国外先进印刷机实现。
其中主要有瑞士维发(W I 2F AG )、德国曼・罗兰(MAN ・ROLAND )、高宝(K BA )、海德堡(HE I D E LBERG )、美国高斯(G OSS )等产品。
为了实现卷筒纸印刷工作,纸带在进入印刷装置之前必须保持平整、蹦紧程度适中,就是要保持一定的走纸张力。
纸卷在输送纸带的过程中,使纸带处于拉紧状态的力称为张力。
在印刷过程中假如纸带处于无约束状态自由展开,则纸带就不能完成印刷工作。
纸带张力的大小直接关系到卷筒纸胶印机图像转移的状态。
在印刷过程中纸带的张力需要恒定不变和大小适当。
如果张力大小不合适,就会造成一系列工艺故障。
如纸带飘移、起皱褶、破口或撕裂、套印不准、天头、地脚位置不准等,从而造成纸带浪费,影响机器运转效率,增加劳动强度,而最终影响生产质量。
当纸带张力过大时,印刷网点会产生一定的变形,纸带在纵向会打皱、甚至发生横向断裂;当纸带张力过小时,会造成印迹模糊、套印不准、横向皱褶;当纸带张力不稳时,也会造成套印不准、重影、纵向皱褶等印刷故障,影响印刷生产。
因此卷筒纸印刷机在印刷过程中,纸带必须具有一定的张力,以便控制纸带的运动,并保证纸带在印刷过程中张力大小恒定不变[1-2]。
影响纸带张力变化的原因很多,各种因素的影响结果也不尽相同。
纸卷在制造、运输和使用过程中形状的变化会引起纸9包装工程 P ACK AGI N G E NGI N EER I N G Vol .29No .32008.03卷在工作中的抖动、偏斜等。
纸卷在制造过程中纸带缠绕的不均、歪斜;纸卷在运输和储存中受到挤压都会导致纸卷形状的变化、产生偏心、外圆不规则等状况。
另外,纸卷在使用过程中,直径尺寸会越来越小。
同样的纸带驱动力,当纸卷直径尺寸不同时,纸带上的张力就会不同。
当纸卷的直径减小时,纸带的张力将随之变大。
为了保证纸带在印刷过程中张力大小的恒定、满足印刷工作要求,纸卷制动器必须能够根据纸带张力波动的情况自动进行调整,以保证纸带匀速、平稳地进入印刷装置。
纸卷制动器在机器稳定运转期间,应保证纸带张力稳定在给定值上,在启动和刹车期间防止纸带过载和随意松卷。
在生产过程中,随着纸卷尺寸的不断减小,为保持纸带的张力恒定,需对制动力矩进行相应地调整。
2 卷筒纸张力控制系统的原理目前卷筒纸印刷机张力控制系统,主要采用闭环的电磁式或气动式张力控制等。
由于闭环控制具有随机性强、控制精度高等特点,可以适应不同纸带和印刷速度状态下的张力要求。
闭环张力控制系统是通过检测装置对张力信号进行检测,并将检测的结果送回到系统中。
控制系统依据张力设定值和张力检测反馈值进行比较的结果进行处理[3]。
对于张力控制进行张力大小调节时主要采用的有2种方法,即力(力拒)控制和速度控制方式[4]。
1种是控通过纸卷制动装置的制动力大小调节实现张力控制;另外1种方法是改变制动装置的运行速度实现张力控制。
力调整方式主要是在给纸部分进行张力控制,通过采用各种不同的制动器对纸卷进行制动。
速度控制方式进行的张力控制,可以在给纸部分和印刷机各个功能单元部分进行。
张力控制系统主要包括纸卷制动装置、纸带减振装置、送纸辊机构、张力检测装置和张力自动控制器等几个部分。
张力自动控制器。
张力自动控制器主要是对张力进行检测并将信号进行处理,将处理后的信号送到张力调节机构中,实现张力大小的调整的装置。
它是张力控制系统的核心部分,决定张力控制系统的控制品质和控制效果[5]。
控制器主要是接收由变送器送来的表示生产过程被调变量变化的信号,并与设定的被调参数的给定信号比较得到差值[6];经过控制器一定的调节规律的运算处理后,发出控制信号[7]。
张力控制系统主要采用P I D控制。
比例积分微分调节规律就是按偏差的比例、积分和微分进行控制的控制器简称为P I D(Pr oporti onal I ntegral D ifferential)调节器。
P I D控制应用最广泛的一种控制规律[8]。
微分作用使控制器的输出与偏差变化的速度成比例。
它可以克服对象的滞后。
在比例的基础上加入微分作用可以增加系统的稳定性,再加上积分作用可以消除余差。
这种控制器适用于负荷变化大、容量滞后大、控制质量要求高的系统。
P I D调节迅速、无余差、超调量小、调节时间短、调节质量高等,不需要被控对象的数学模型,这种控制算法,可以适用在卷筒纸印刷纸带张力的控制场合。
3 张力控制系统以罗兰卷筒纸印刷机张力控制系统为例对张力控制进行剖析。
罗兰UN I P ASER给纸机张力控制系统,采用制动带式的圆周制动方法对纸带进行制动。
浮动辊处滑动变阻器检测纸带张力信号。
制动皮带由一个电机驱动运转,皮带轮旋转使皮带运动,从而驱动纸卷运转,将纸带输送到印刷单元。
制动力的产生,主要是通过纸卷圆周线速度低于印刷单元或驱动辊线速度,由于速差的存在,使纸带绷紧并产生张力。
见图1。
1—张力控制器;2—加速皮带;3—纸卷;4—皮带驱动电机;5—导纸辊;6—纸带;7—张力设定气缸;8—张力检测辊;9—张力检测器图1 罗兰UN I P ASER给纸机张力控制系统Fig.1The tensi on contr ol syste m of Roland UN I P ASER machine在纸卷半径尺寸发生变化或各种干扰造成纸带张力大小偏离张力的设定值时,张力控制系统便通过改变皮带轮电机的运行速度实现张力大小的调整。
张力的控制实际上就是对皮带轮速度的控制。
对于皮带轮电机速度的控制,是由E AE张力控制器进行速度控制的。
检测装置将印刷机运行的速度信号送到给纸机的控制系统,控制系统依据张力设定的数值和印刷速度大小,发出适当的电压信号,驱动皮带轮电机按照一定的速度大小运行。
皮带轮电机的运行速度,通过检测速度的装置-编码器进行测量,并将这个速度信号送回到控制系统形成闭环的控制。
系统张力设定值对应的电压为0～10V。
这个设定值是根据工艺和实际生产状态设定的。
通过电气转换器E/ P输出一个0～0.7M Pa的气压信号给浮动辊的驱动气缸,使浮动辊具有一个初始的位置。
检测张力的传感器是旋转方式的,它的量程为1kΩ电位计,被安置在浮动辊的回转轴上。
电位计输出的电压为0～10V。
当系统工作时,浮动辊检测纸带的张力大小,并将张力大小对应的电压值送入E AE张力控制器中。
E AE根据这个信号和张力设定的数值信号进行控制。
系统控制回路框图见图2。
罗兰UN I P ASER给纸机张力控制系统是一个双闭环的串级系统。
内环控制系统对皮带轮电机速度进行检测,调整电机的运行速度;外环控制系统通过纸带张力的检测送回到张力控19孙玉秋 卷筒纸印刷机张力控制研究图2 张力控制系统框图Fig.2The bl ock diagra m of tensi on contr ol system制器中通过内环速度调节实现张力的调整。
串级控制系统是一种常用的复杂控制系统。
当被控对象滞后较大时就可以采用串级控制系统。
串级控制具有很多优点,对副回路中的干扰有很强的克服能力;改善了对象的动态特性,时间常数减小;提高了工作频率;有一定自适应能力(由于副回路的随动特性)。
4 影响控制系统精度因素分析和结论有很多因素影响张力控制系统的控制质量。