Delta Mechanical and Electrical Products Application in the Double Location 

Printing Coating Machine 

【摘要】本文主要介紹臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在雙工位印刷涂布機(jī)上的應(yīng)用，以實(shí)際雙工位印刷涂布機(jī)調(diào)試為例介紹調(diào)試的原理以及系統(tǒng)基于PLC、觸摸屏、變頻器的集成控制結(jié)構(gòu)，及張力控制實(shí)現(xiàn)，放卷卷徑計(jì)算等。 

【Abstract】This paper mainly introduces the sets of mechanical and electrical products 

application in the double location printing coating machine, double location 

printing coating machine commissioning is presented based on the principle 

and system debug PLC and touch screen, a frequency converter to the integrated 

control structure, and tension control realization, put volumes diameter calculations, etc.

【關(guān)鍵詞】變頻器VFD-VE|觸摸屏|恒張力控制|卷徑計(jì)算|雙工位放卷裝置

【Keywords】 VFD-VE; touch screen; CANopen; printing machine; constant tension control;        coil diameter computing;double location cloth-extending system

      雙工位印刷涂布機(jī)主要用于BOPP、PVC、PET紙等材料制作膠帶、反光膜、保護(hù)膜及涂色、涂藥水之用，分A型機(jī)主要用于涂布BOP P、PVC、PET及紙張，受熱后不會(huì)延伸的材料，和B型機(jī)用于PE等受熱后會(huì)延伸的材料。雙工位印刷機(jī)采用臺(tái)達(dá)變頻調(diào)速器控制速度，臺(tái)達(dá)PLC系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)張力控制技術(shù)，采用綱線輥涂布或三輥逆轉(zhuǎn)計(jì)量刮刀涂布等方式，上膠均勻，上膠量可調(diào)，采用電加熱或蒸氣加熱干燥方式。雙工位印刷涂布機(jī)外形圖如圖1所示。

 圖1  雙工位印刷涂布機(jī)外形圖

1. 應(yīng)用簡(jiǎn)介

      雙工位印刷涂布機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以分為雙工位放卷部分、印刷涂布及烘干部分、收卷部分等；傳動(dòng)點(diǎn)主要有放卷A軸、放卷B軸、放卷牽引、印刷涂布軸、鏈輪傳動(dòng)軸、主牽引電機(jī)、收卷軸等。

      雙工位印刷涂布機(jī)的工作原理是，安裝好欲加工紙張或PE膜在放卷軸A或B軸上，再預(yù)張緊放卷、收卷輥后壓上靠錕，同時(shí)按走紙方向傳遞紙張啟動(dòng)主電機(jī)，使版輥與壓輥壓合，并調(diào)整至合適的張力即可開機(jī)；調(diào)節(jié)調(diào)偏輥的位置可以調(diào)節(jié)紙張的平整度；調(diào)節(jié)擺桿汽缸氣壓可以控制紙張或PE膜等加工品的張力，放卷軸通過張力擺桿調(diào)節(jié)膜的速度平穩(wěn)，及放卷牽引和涂布印刷及收卷軸等都通過擺桿反饋調(diào)節(jié)傳動(dòng)點(diǎn)速度平穩(wěn)運(yùn)行，從而達(dá)到良好的印刷質(zhì)量和效果。設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)如下表1。

表1  主要技術(shù)參數(shù)表

2. 控制系統(tǒng)清單

HMI： DOP-B07S（7寸)

變頻器：VFD110V43A-2（11kW，放卷A）

VFD110V43A-2（11kW，放卷B）

VFD037V43A-2（3.7kW，放卷牽引）

VFD022V43A-2（2.2kW，印刷涂布輥）

VFD037V43A-2（3.7kW，鏈輪）

VFD037V43A-2（3.7kW，主牽引）

VFD037V43A-2（3.7kW，收卷）

EMV-PG01O*7（編碼器卡）

PLC：   DVP-80EH2*1（主機(jī)）

           DVP04AD*1（模擬量輸入模塊）

           DVP04DA*2（模擬量輸出模塊）

3. 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    控制系統(tǒng)如題2 所示。

圖2  控制系統(tǒng)

 3. 原理分析

      雙工位印刷涂布機(jī)的控制工藝主要在于多軸傳動(dòng)的速度同步及收、放卷、牽引、印刷涂布等的張力恒定，以及放卷過程中的卷徑計(jì)算，和雙工位放卷A、B軸切換等工藝要求。收放卷張力控制非常關(guān)鍵，收卷張力應(yīng)合適，張力太小，紙張收卷時(shí)會(huì)松弛；張力太大，收卷時(shí)材料易起皺。本例中通過放卷張力擺桿對(duì)擺桿角度進(jìn)行反饋，從而PID調(diào)節(jié)放卷速度來達(dá)到張力大小恒定和速度平穩(wěn)要求；另外，由于放卷時(shí)卷軸的直徑不斷變小，如果放卷軸的轉(zhuǎn)速保持恒定，則卷軸的放卷線速度會(huì)越來越小，這樣容易出現(xiàn)拉斷PE膜的問題。為了解決此問題，放卷傳動(dòng)的控制必須要進(jìn)行卷徑計(jì)算，計(jì)算出基準(zhǔn)速度。

4.1  VFD-VE變頻的閉環(huán)矢量控制模式

      系統(tǒng)中所有變頻傳動(dòng)軸均采用了編碼器反饋的閉環(huán)的矢量控制模式，之所以使用閉環(huán)矢量控制模式，是為了保證傳動(dòng)軸的速度控制精度能夠更準(zhǔn)確、更快速、更穩(wěn)定，盡量避免電機(jī)的滑差所造成的不同速度的線速度線形關(guān)系。

4.2  實(shí)現(xiàn)過程

      包括放卷、放卷牽引、涂布印刷、收卷等4個(gè)軸均需要調(diào)整張力恒定的速度控制模式，實(shí)現(xiàn)過程為：首先以電子主軸方式計(jì)算出各軸的實(shí)際基準(zhǔn)線速度，然后將基準(zhǔn)速度的±5%線速度做為PID調(diào)節(jié)的允許調(diào)節(jié)范圍，再通過采集的擺桿位置角度反饋?zhàn)鰹镻ID反饋值來調(diào)節(jié)各軸的速度平穩(wěn)和張力恒定；通過對(duì)PID參數(shù)的調(diào)試后最后正常工作到65米/分的極限速度時(shí)任能保證速度的平穩(wěn)，張力擺桿的擺動(dòng)幅度不超過±1%；

4.3  收放卷控制

      對(duì)于收放卷控制，主要有兩個(gè)方面：速度控制與恒張力控制。由于紙張材料的運(yùn)行線速度是通過壓輥的方式接觸（不會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象），所以只需要分別控制收卷電機(jī)的速度就可以了。

      由于放卷棍的實(shí)際大小是隨著運(yùn)行時(shí)間的變化而變化的，所以它的準(zhǔn)確性是基準(zhǔn)速度的關(guān)鍵。目前通常有兩種方法可以參考：厚度法與線速度計(jì)算法。

      厚度法的原理是建立在對(duì)材料厚度的了解情況下，電機(jī)每運(yùn)轉(zhuǎn)一圈，收卷棍直徑會(huì)增加兩個(gè)材料厚度，放卷棍直徑會(huì)減小兩個(gè)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)算法的原理主要是依據(jù)以下公式：D=(G*V)/(π*n)。其中D為當(dāng)前卷徑，G為機(jī)械傳動(dòng)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)算法的優(yōu)點(diǎn)是可以使用在材料厚度不均勻的場(chǎng)合，不需要對(duì)材料厚度值的設(shè)置，降低了對(duì)操作工的要求；缺點(diǎn)是計(jì)算出來的當(dāng)前卷徑值會(huì)受線速度采集準(zhǔn)確度的影響，如果線速度波動(dòng)很大，則當(dāng)前卷徑值也會(huì)出現(xiàn)很大波動(dòng)。

      通過計(jì)算卷徑得出來的卷徑值基本上等于實(shí)際測(cè)量的卷徑值，所以同樣可以計(jì)算出PID調(diào)節(jié)的±5%的調(diào)節(jié)范圍，為加大彈性，可以將±5%的范圍放大到±15%，結(jié)果仍然比較理想，可以保證張力擺桿的正常波動(dòng)范圍在±1%范圍內(nèi)。

      注意：加減速過程中禁止計(jì)算卷徑，因?yàn)樵诩訙p速的過程中給定目標(biāo)速度是增加的，而PID調(diào)節(jié)的速度跟隨是遲后的，所以盡量避免在速度變化的過程中計(jì)算卷徑。

4.4  計(jì)算過程

      放卷在低速（0～5Hz）運(yùn)行時(shí)由于不可避免因?yàn)殡姍C(jī)滑差等因數(shù)造成的給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速誤差肯定會(huì)大于PID調(diào)節(jié)范圍±15%，所以工藝要求PID調(diào)節(jié)范圍應(yīng)該是在傳動(dòng)軸（0～5Hz）運(yùn)行過程中出現(xiàn)一個(gè)成反比的計(jì)算公式即：F=K/V，其中F為PID允許調(diào)節(jié)范圍，K為常數(shù)值，V是傳動(dòng)軸的實(shí)際輸出頻率，通過此計(jì)算公式后得出實(shí)際的PID允許調(diào)節(jié)范圍F值為：±150%～15%（0～5HZ）；±%15（5～50HZ）。

      通過不同速度輸出情況下對(duì)PID波動(dòng)范圍的調(diào)節(jié)完全滿足了全部情況下的高精度PID速度控制既做到了高速情況下的小比例大幅度特性，又滿足了低速情況下的大比例小幅度特性。

4.5開機(jī)預(yù)張緊功能：

      在初次上膜的開機(jī)后，通過判斷收、放卷擺桿角度是否在張緊位置，否則將在此階段禁止PID調(diào)節(jié)，采用固定速度運(yùn)行收卷和停止放卷。當(dāng)判斷收卷、放卷擺桿回到規(guī)定角度內(nèi)后從新將速度切換到PID功能中。

4.6放卷雙工位切換，

      在當(dāng)前卷工作到放料結(jié)束時(shí)預(yù)啟動(dòng)備用卷（通過設(shè)置的初始卷徑為基礎(chǔ)計(jì)算出固定速度運(yùn)行），人為操作接料后停止當(dāng)前卷，并將備用卷的速度切換到PID控制速度方式，完成雙工位放卷接料控制過程。

5 .通過觸摸屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)置

      主畫面反映了全部傳動(dòng)軸的運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)前放卷卷徑、線速度，以及各個(gè)擺桿的張力角度位置等，如圖3所示。參數(shù)設(shè)置界面提供了一些工藝參數(shù)數(shù)據(jù)等，如圖4所示。

圖3  涂布機(jī)主界面

圖4   參數(shù)設(shè)置

6.結(jié)論

      通過對(duì)雙工位印刷涂布機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試，使得此雙工位印刷涂布機(jī)能夠在0～65米/分的最大速度控制范圍內(nèi)保持恒定的張力和穩(wěn)定的線速度，特別是全部的4個(gè)張力擺桿的角度偏差不超過±1%的波動(dòng)范圍，非常有效地保證了產(chǎn)品質(zhì)量及高速的生產(chǎn)效率。經(jīng)過在最終客戶的使用，得到了客戶的肯定。另一個(gè)比較重要的意義在于通過此次臺(tái)達(dá)全系列產(chǎn)品特別是VFD-VE變頻及PLC組成的系統(tǒng)在印刷行業(yè)的成功應(yīng)用，開創(chuàng)了臺(tái)達(dá)產(chǎn)品及系統(tǒng)在本地區(qū)印刷行業(yè)的新局面。