摘要：本文以實(shí)際凹版印刷機(jī)調(diào)試為實(shí)例，介紹臺達(dá)VE系列變頻器在凹版印刷機(jī)上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變頻器 凹版印刷機(jī) 恒張力

概述 

      凹版印刷是印刷工藝中的一種，它與平版印刷、凸版印刷、絲網(wǎng)印刷一起被稱為四大印刷方式。凹版印刷是一種直接的印刷方式，印刷版上的凹槽就是印刷文字和圖案，印刷時(shí)先在凹槽中盛滿油墨，將印刷版上多余的油墨(非印刷面上的油墨)用刮墨刀刮凈，然后通過壓印膠輥給印刷版加以適當(dāng)?shù)膲毫Γ延湍珡挠∷姘济鎯?nèi)擠壓到被印刷物上，而達(dá)到印刷的目的。

      凹版印刷的承印物選擇多樣、印刷質(zhì)量穩(wěn)定性好，印刷品在層次表現(xiàn)上、圖像質(zhì)量上都屬上乘，在歐美是將以大批量生產(chǎn)為目標(biāo)的出版印刷作為主體而發(fā)展的，在日本則是以包裝凹印為中心而普及的。

      根據(jù)使用的凹版種類和印刷方式，凹版印刷又可劃分為：手工雕刻凹版印刷、化學(xué)腐蝕凹版印刷、電子雕刻凹版印刷和間接凹版印刷四大類。凹版印刷機(jī)則可分為機(jī)組式和衛(wèi)星式；單張紙凹印機(jī)和卷筒紙凹印機(jī)；單色凹印機(jī)和多色凹印機(jī)等。

凹版印刷機(jī)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng) 

      凹版印刷機(jī)的基本結(jié)構(gòu)為：給紙裝置，印刷裝置，輸墨裝置，以及收紙裝置。結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1。

圖1 印刷機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

      印刷機(jī)的控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，一般來說可分為幾部分：張力控制系統(tǒng)，套色控制系統(tǒng)以及烘干系統(tǒng)。今天我們主要分析一下其中的張力控制系統(tǒng)。

      張力控制系統(tǒng)的目的就是為了保證印刷材料的張力恒定，或者符合客戶要求。一般來說，目前市場上最常見的7電機(jī)4張力控制系統(tǒng)，示意圖如下圖2。

圖2 七電機(jī)張力控制系統(tǒng)示意圖

張力控制系統(tǒng)中，常用的方式有以下三種：

1. 力矩電機(jī)張力控制系統(tǒng)
2. 磁粉制動器（磁粉離合器）張力控制系統(tǒng)
3. 變頻器張力控制系統(tǒng)

      力矩電機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，張力穩(wěn)定，缺點(diǎn)是可調(diào)范圍窄，線性度不好，適用于張力精度要求不高的場合，例如線纜等。磁粉制動器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是張力穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是線性度不好，可控制的卷徑范圍不大，長期工作存在發(fā)熱問題，需要配置外部散熱系統(tǒng)。變頻器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是張力控制穩(wěn)定且系統(tǒng)反應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡單，速度可調(diào)范圍廣，通過特殊算法的支持，能夠很好的支持卷徑變化大的場合；通過共直流母線的方式，在持續(xù)放卷場合能夠起到一定的節(jié)能作用。隨著半導(dǎo)體芯片技術(shù)的發(fā)展，變頻器驅(qū)動技術(shù)性能得到很大的提升，但價(jià)格呈現(xiàn)下降的趨勢，表現(xiàn)出良好的性價(jià)比，得到了廣大用戶的認(rèn)可。

臺達(dá)變頻器在凹版印刷機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用案例

1．基本介紹

      本案例中調(diào)試的凹版印刷機(jī)為機(jī)組式印刷機(jī)，主要用于80~400g/m²紙箱預(yù)印，煙包、紙盒等紙類印刷，印刷色組為兩色。最高線速度為100m/min，收卷最大卷徑為1500m。

      由于本設(shè)備放卷張力采用張力控制器+磁粉制動+張力傳感器的方式，而收卷張力采用變頻器來控制，所以設(shè)備的難點(diǎn)在于收卷張力的控制，張力大小要合適：張力太小，收卷時(shí)會松弛；張力太大，收卷時(shí)材料易起皺。另外，由于收卷時(shí)紙張的直徑不斷變大，如果收卷軸的轉(zhuǎn)速保持恒定，則紙張的收卷線速度會越來越大，這樣容易出現(xiàn)拉斷紙張的問題。

2．臺達(dá)變頻器應(yīng)用介紹

      在該印刷機(jī)上，使用臺達(dá)所推出的能夠進(jìn)行恒張力控制的VE系列變頻器，通過變頻器對電機(jī)的控制就能夠自動實(shí)現(xiàn)印刷機(jī)張力恒定的目的。整個應(yīng)用具有調(diào)節(jié)方便、性價(jià)比高的特點(diǎn)。圖3為印刷機(jī)張力控制示意圖。

圖3 印刷機(jī)張力控制示意圖

恒張力控制的計(jì)算公式為：T = ( F * D ) / ( 2 * G )

      其中T為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)為線材上張力大小，D為收/放卷輥實(shí)際大小。恒張力控制的目的就是要控制F的大小恒定，但是變頻器只能控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T。如果知道了D，我們就可以通過控制T來達(dá)到控制F的目的。

      使用臺達(dá)VE系列變頻器就直接提供通過控制轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn)恒張力控制的功能：參數(shù)8-21=4。

      由于收/放卷輥的實(shí)際大小D是隨著運(yùn)行時(shí)間的變化而變化的，所以D值的準(zhǔn)確性是此方法成功的關(guān)鍵。目前通常有兩種方法可以參考：1厚度法；2線速度計(jì)算法。

      厚度法的原理是建立在對材料厚度的了解情況下，電機(jī)每運(yùn)轉(zhuǎn)一圈，收卷輥直徑會增加兩個材料厚度，放卷輥直徑會減小兩個材料厚度。此方法主要使用在收放卷材料厚度均勻的情況下，優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算出來的厚度值準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是需要使用者在變頻器相關(guān)參數(shù)中輸入材料厚度信息。

線速度計(jì)算法的公式為：D = ( G * V ) / (π* n )

      其中D為當(dāng)前卷徑，G為機(jī)械傳動比，V為當(dāng)前線速度，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)前線速度可通過模擬量或者脈沖的形式采集。線速度計(jì)算法可以使用在材料厚度不均勻的場合，不需要對材料厚度值的設(shè)置，降低了對操作工的要求；缺點(diǎn)是計(jì)算出來的當(dāng)前卷徑值會受線速度采集準(zhǔn)確度的影響，如果線速度波動很大，則當(dāng)前卷徑值也會出現(xiàn)很大波動。

      有的卷曲控制，需要材料張力隨著卷徑增大而相應(yīng)降低，以防止損傷卷軸和提高產(chǎn)品卷曲質(zhì)量，此設(shè)備就有張力錐度的需要。

    張力錐度的公式多種多樣，這里介紹其中一種：F=F0 * [1-K(1-D0/D)]

其中F實(shí)際輸出張力，F(xiàn)0設(shè)定張力，K張力錐度系數(shù)，D0最小卷徑，D當(dāng)前卷徑。

      由于此臺設(shè)備為通用設(shè)備，不同的紙質(zhì)要求的張力錐度也不盡相同，所以要求使用模擬量來設(shè)定張力錐度。張力錐度示意圖見圖4。

圖4 張力錐度示意圖

3．參數(shù)設(shè)置

    主牽引電機(jī)為異步電機(jī)（15kW、380V、29.6A、1430r/m、50Hz），牽引輥直徑為320mm，由一臺15kW的B系列變頻器控制。此設(shè)備最高線速度為100m/min，收卷電機(jī)是一臺普通異步電機(jī)（380V、58.5A、4極、50Hz/30kW），使用一臺300V43A-2變頻器（配置EMV-PG01O）來控制，電機(jī)帶一臺512ppr編碼器，減速比為6.77：1。收卷最大卷徑1500mm。

      依據(jù)對客戶提出的要求分析，決定采用厚度積分法來計(jì)算卷徑，收卷變頻器采用轉(zhuǎn)矩模式控制，模擬量給定張力以及張力錐度可調(diào)。

收卷變頻器參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 收卷變頻器參數(shù)設(shè)置表

結(jié)論

      本臺設(shè)備采用臺達(dá)變頻器控制收卷部分，較客戶之前使用的方案（張力離合器）能夠?qū)崿F(xiàn)更大的卷徑變化（最大卷徑從1000mm能夠做到1500mm），更快的線速度（最大線速度從60m能夠做到100m），且張力穩(wěn)定，調(diào)試方便，設(shè)備的價(jià)值也有了很大的提升。此方案得到了客戶的認(rèn)可，客戶目前也在要求廠家將放卷部分改為臺達(dá)變頻器控制方式。

作者簡介：王浩，男，1978年11月出生，2000年畢業(yè)于武漢科技大學(xué)自動化專業(yè)，工程師職稱，目前任職于中達(dá)電通股份有限公司AMD產(chǎn)品處，負(fù)責(zé)變頻器的售前售后技術(shù)工作，主要負(fù)責(zé)變頻器產(chǎn)品在機(jī)床/線纜/印刷等方面的應(yīng)用