VFD-V變頻器在印刷張力控制上應(yīng)用
一、簡介
凹版印刷機(jī)由于傳動(dòng)和對版等的需要，對張力的控制具有很高的要求，尤其是高速機(jī)種，張力控制精度要求在幾(牛.米)之內(nèi)（印刷機(jī)的張力在幾十牛到幾百牛之間）。以往國產(chǎn)多套色凹板印刷機(jī)的張力控制多采用磁粉離合器進(jìn)行控制，這種控制方式具有運(yùn)行可靠，控制簡單的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)有運(yùn)行發(fā)熱量大、磨損嚴(yán)重、控制精度差等缺點(diǎn)，尤其是在印刷機(jī)速度上200米以上時(shí)，就無法采用這種控制方式?？v觀國外進(jìn)口的先進(jìn)印刷機(jī)，幾乎無一例外的采用了變頻器張力控制系統(tǒng)，這種控制方式的特點(diǎn)是：運(yùn)行可靠、機(jī)械磨損小、控制精度高，適用于高速多套色凹版印刷機(jī)上，下面詳細(xì)介紹一種采用臺達(dá)VFD-V系列純矢量型變頻器實(shí)現(xiàn)凹版印刷機(jī)4段張力控制的案例。
二、控制原理
印刷機(jī)要求的張力控制，主要是指對放卷到前牽引輥、前牽引輥到第一套色、最后套色到后牽引輥、后牽引輥到收卷四段張力的控制。速度內(nèi)環(huán)：除上所說四段張力外，印刷機(jī)還存在各印刷輥之間的張力，但各印刷輥之間是由一個(gè)主電機(jī)牽引長軸驅(qū)動(dòng)（伺服無軸驅(qū)動(dòng)印刷輥的除外），各輥之間的張力由機(jī)械保證。在印刷機(jī)中，張力的形成是由于各傳動(dòng)輥之間的速度差造成的，因此，控制張力首先要控制速度。本系統(tǒng)以主電機(jī)驅(qū)動(dòng)的印刷輥為主速度，其它各傳動(dòng)輥為隨動(dòng)。具體說，就是在一印輥前的前牽引、放卷的線速度依次比一印輥的線速度稍慢；在最后套色輥后的后牽引和收卷的線速度依次比最后套色輥慢（.5%-1%左右）。為達(dá)到以上目的，在一印輥上安裝編碼器，由PLC計(jì)算出線速度后按速差經(jīng)D/A給定前牽引變頻器，同樣，PLC采樣前牽引輥上的編碼器計(jì)算后給定放卷變頻器。從最后套色輥到收卷的速度給定方式相同。之所以用前級輥上的編碼器采樣后作為后級傳動(dòng)變頻器的給定依據(jù)，是因?yàn)殡m然前后級之間的線速度相差不大，但電機(jī)轉(zhuǎn)速確相差很大，尤其在加速時(shí)，各電機(jī)的加速時(shí)間不等，如直接給定各電機(jī)速度容易造成瞬間大的速差。同樣，為提高各電機(jī)的速度隨動(dòng)性和速度精度，變頻器選用臺達(dá)V系列矢量型變頻器，在各傳動(dòng)輥上安裝編碼器，將編碼器信號反饋到變頻器的PG卡上，形成速度閉環(huán)控制。 線速度算法：對于印刷輥和牽引輥的線速度可采樣計(jì)算出轉(zhuǎn)速n,線速度L=2nxлxr r為棍子半徑。 對于放卷線速度計(jì)算，首先要算出放卷輥的半徑；采用測量放卷輥每放一圈時(shí)前牽引編碼器走的脈沖增量M,則放卷半徑 r=MxK/2л,K為每米/脈沖， 然后求出線速度；收卷線速度算法相同。 張力外環(huán)：本系統(tǒng)才用外張力內(nèi)速度的雙環(huán)控制，這樣可以進(jìn)一步提高張力的控制精度。
三、控制框圖
說明：由于張力控制要求PLC的技術(shù)速度快，因此在PLC的選型上往往采用PLC+運(yùn)動(dòng)控制模塊，本系統(tǒng)中采用兩臺PLC，一臺專作張力/速度控制，一臺處理設(shè)備IO量，同樣能達(dá)到以上目的。
四．組件選型
1、變頻器：主電機(jī)-18KWV系列臺達(dá)變頻器+PG-03. 前后牽引-7.5KWV系列變頻器+PG-03. 收放卷-15KWV系列變頻器+PG-03.
2. PLC:臺達(dá)FAMA系列 運(yùn)動(dòng)控制-SC-501x1；PWS10x1；base08x1； AD020x2；HSC10x2；DA020x1；XDC10x1；YRY10x1. IO控制：SC-501x1；PWS10X1；BASE08x1；XDC10x3； YRY10x3.
3.人機(jī)界面：PWS-3260-DTN.
五．VFD-VTYPE變頻器簡介
無感測器向量控制，控速比1：100 PG閉回路控制，控速比1：1000 內(nèi)含PID回授控制 零速保持力矩150%以上（PG） MODBUS通訊格式，一機(jī)兩用雙重額定
六．總結(jié)
在這一系統(tǒng)中，作為最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，變頻器的速度精度，響應(yīng)性和穩(wěn)定性對整套系統(tǒng)的運(yùn)行和產(chǎn)品的品質(zhì)起到關(guān)鍵的作用。
凹版印刷機(jī)由于傳動(dòng)和對版等的需要，對張力的控制具有很高的要求，尤其是高速機(jī)種，張力控制精度要求在幾(牛.米)之內(nèi)（印刷機(jī)的張力在幾十牛到幾百牛之間）。以往國產(chǎn)多套色凹板印刷機(jī)的張力控制多采用磁粉離合器進(jìn)行控制，這種控制方式具有運(yùn)行可靠，控制簡單的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)有運(yùn)行發(fā)熱量大、磨損嚴(yán)重、控制精度差等缺點(diǎn)，尤其是在印刷機(jī)速度上200米以上時(shí)，就無法采用這種控制方式?？v觀國外進(jìn)口的先進(jìn)印刷機(jī)，幾乎無一例外的采用了變頻器張力控制系統(tǒng)，這種控制方式的特點(diǎn)是：運(yùn)行可靠、機(jī)械磨損小、控制精度高，適用于高速多套色凹版印刷機(jī)上，下面詳細(xì)介紹一種采用臺達(dá)VFD-V系列純矢量型變頻器實(shí)現(xiàn)凹版印刷機(jī)4段張力控制的案例。
二、控制原理
印刷機(jī)要求的張力控制，主要是指對放卷到前牽引輥、前牽引輥到第一套色、最后套色到后牽引輥、后牽引輥到收卷四段張力的控制。速度內(nèi)環(huán)：除上所說四段張力外，印刷機(jī)還存在各印刷輥之間的張力，但各印刷輥之間是由一個(gè)主電機(jī)牽引長軸驅(qū)動(dòng)（伺服無軸驅(qū)動(dòng)印刷輥的除外），各輥之間的張力由機(jī)械保證。在印刷機(jī)中，張力的形成是由于各傳動(dòng)輥之間的速度差造成的，因此，控制張力首先要控制速度。本系統(tǒng)以主電機(jī)驅(qū)動(dòng)的印刷輥為主速度，其它各傳動(dòng)輥為隨動(dòng)。具體說，就是在一印輥前的前牽引、放卷的線速度依次比一印輥的線速度稍慢；在最后套色輥后的后牽引和收卷的線速度依次比最后套色輥慢（.5%-1%左右）。為達(dá)到以上目的，在一印輥上安裝編碼器，由PLC計(jì)算出線速度后按速差經(jīng)D/A給定前牽引變頻器，同樣，PLC采樣前牽引輥上的編碼器計(jì)算后給定放卷變頻器。從最后套色輥到收卷的速度給定方式相同。之所以用前級輥上的編碼器采樣后作為后級傳動(dòng)變頻器的給定依據(jù)，是因?yàn)殡m然前后級之間的線速度相差不大，但電機(jī)轉(zhuǎn)速確相差很大，尤其在加速時(shí)，各電機(jī)的加速時(shí)間不等，如直接給定各電機(jī)速度容易造成瞬間大的速差。同樣，為提高各電機(jī)的速度隨動(dòng)性和速度精度，變頻器選用臺達(dá)V系列矢量型變頻器，在各傳動(dòng)輥上安裝編碼器，將編碼器信號反饋到變頻器的PG卡上，形成速度閉環(huán)控制。 線速度算法：對于印刷輥和牽引輥的線速度可采樣計(jì)算出轉(zhuǎn)速n,線速度L=2nxлxr r為棍子半徑。 對于放卷線速度計(jì)算，首先要算出放卷輥的半徑；采用測量放卷輥每放一圈時(shí)前牽引編碼器走的脈沖增量M,則放卷半徑 r=MxK/2л,K為每米/脈沖， 然后求出線速度；收卷線速度算法相同。 張力外環(huán)：本系統(tǒng)才用外張力內(nèi)速度的雙環(huán)控制，這樣可以進(jìn)一步提高張力的控制精度。
三、控制框圖
說明：由于張力控制要求PLC的技術(shù)速度快，因此在PLC的選型上往往采用PLC+運(yùn)動(dòng)控制模塊，本系統(tǒng)中采用兩臺PLC，一臺專作張力/速度控制，一臺處理設(shè)備IO量，同樣能達(dá)到以上目的。
四．組件選型
1、變頻器：主電機(jī)-18KWV系列臺達(dá)變頻器+PG-03. 前后牽引-7.5KWV系列變頻器+PG-03. 收放卷-15KWV系列變頻器+PG-03.
2. PLC:臺達(dá)FAMA系列 運(yùn)動(dòng)控制-SC-501x1；PWS10x1；base08x1； AD020x2；HSC10x2；DA020x1；XDC10x1；YRY10x1. IO控制：SC-501x1；PWS10X1；BASE08x1；XDC10x3； YRY10x3.
3.人機(jī)界面：PWS-3260-DTN.
五．VFD-VTYPE變頻器簡介
無感測器向量控制，控速比1：100 PG閉回路控制，控速比1：1000 內(nèi)含PID回授控制 零速保持力矩150%以上（PG） MODBUS通訊格式，一機(jī)兩用雙重額定
六．總結(jié)
在這一系統(tǒng)中，作為最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，變頻器的速度精度，響應(yīng)性和穩(wěn)定性對整套系統(tǒng)的運(yùn)行和產(chǎn)品的品質(zhì)起到關(guān)鍵的作用。
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