台达机电产品在双工位印刷涂布机上的应用

台达机电产品在双工位印刷涂布机上的应用
———台达机电产品在双工位印刷涂布机上的应用
[编辑简介]：本文分析了双工位印刷涂布机的工作原理，提出基于台达机电产
品的控制系统方案。详细叙述了方案构成、控制实现过程、主要功能及参数设
置方法，并给出相关图示供参考。
[关键词]：双工位印刷涂布机BOPP PVC
[摘要]：双工位印刷涂布机主要用于BOPP、PVC、PET 纸等材料制作胶带、反光
膜、保护膜及涂色、涂药水之用，分A 型机主要用于涂布BOP P、PVC、PET 及
纸张，受热后不会延伸的材料，和B 型机用于PE 等受热后会延伸的材料
双工位印刷涂布机主要用于BOPP、PVC、PET 纸等材料制作胶带、反光
膜、保护膜及涂色、涂药水之用，分A 型机主要用于涂布BOP P、PVC、PET 及
纸张，受热后不会延伸的材料，和B 型机用于PE 等受热后会延伸的材料。双工
位印刷机采用台达变频调速器控制速度，台达PLC 系统进行自动张力控制技术，
采用纲线辊涂布或三辊逆转计量刮刀涂布等方式，上胶均匀，上胶量可调，采
用电加热或蒸气加热干燥方式。双工位印刷涂布机外形图如图1所示。
1 应用简介
双工位印刷涂布机的机械结构可以分为双工位放卷部分、印刷涂布及烘
干部分、收卷部分等；传动点主要有放卷A 轴、放卷B 轴、放卷牵引、印刷涂
布轴、链轮传动轴、主牵引电机、收卷轴等。
双工位印刷涂布机的工作原理是，安装好欲加工纸张或PE 膜在放卷轴
A 或B 轴上，再预张紧放卷、收卷辊后压上靠锟，同时按走纸方向传递纸张启
动主电机，使版辊与压辊压合，并调整至合适的张力即可开机；调节调偏辊的
位置可以调节纸张的平整度；调节摆杆汽缸气压可以控制纸张或PE 膜等加工品
的张力，放卷轴通过张力摆杆调节膜的速度平稳，及放卷牵引和涂布印刷及收
卷轴等都通过摆杆反馈调节传动点速度平稳运行，从而达到良好的印刷质量和
效果。设备的主要技术参数如下表1。
2 控制系统清单
HMI： DOP-B07S（7寸）
变频器：VFD110V43A-2（11kW，放卷A）
VFD110V43A-2（11kW，放卷B）
VFD037V43A-2（3.7kW，放卷牵引）
VFD022V43A-2（2.2kW，印刷涂布辊）
VFD037V43A-2（3.7kW，链轮）
VFD037V43A-2（3.7kW，主牵引）
VFD037V43A-2（3.7kW，收卷）
EMV-PG01O*7（编码器卡）
PLC： DVP-80EH2*1（主机）
DVP04AD*1（模拟量输入模块）
DVP04DA*2（模拟量输出模块）
3、控制系统结构图
控制系统如题2 所示。
4、原理分析
双工位印刷涂布机的控制工艺主要在于多轴传动的速度同步及收、放
卷、牵引、印刷涂布等的张力恒定，以及放卷过程中的卷径计算，和双工位放
卷A、B 轴切换等工艺要求。收放卷张力控制非常关键，收卷张力应合适，张力
太小，纸张收卷时会松弛；张力太大，收卷时材料易起皱。本例中通过放卷张
力摆杆对摆杆角度进行反馈，从而PID 调节放卷速度来达到张力大小恒定和速
度平稳要求；另外，由于放卷时卷轴的直径不断变小，如果放卷轴的转速保持
恒定，则卷轴的放卷线速度会越来越小，这样容易出现拉断PE 膜的问题。为了
解决此问题，放卷传动的控制必须要进行卷径计算，计算出基准速度。
4.1 VFD-VE变频的闭环矢量控制模式
系统中所有变频传动轴均采用了编码器反馈的闭环的矢量控制模式，之
所以使用闭环矢量控制模式，是为了保证传动轴的速度控制精度能够更准确、
更快速、更稳定，尽量避免电机的滑差所造成的不同速度的线速度线形关系。
4.2 实现过程
包括放卷、放卷牵引、涂布印刷、收卷等4个轴均需要调整张力恒定的
速度控制模式，实现过程为：首先以电子主轴方式计算出各轴的实际基准线速
度，然后将基准速度的±5%线速度做为PID 调节的允许调节范围，再通过采集
的摆杆位置角度反馈做为PID 反馈值来调节各轴的速度平稳和张力恒定；通过
对PID 参数的调试后zui后正常工作到65米/分的极限速度时任能保证速度的平
稳，张力摆杆的摆动幅度不超过±1%；
4.3 收放卷控制
对于收放卷控制，主要有两个方面：速度控制与恒张力控制。由于纸张
材料的运行线速度是通过压辊的方式接触（不会出现打滑现象），所以只需要
分别控制收卷电机的速度就可以了。
由于放卷棍的实际大小是随着运行时间的变化而变化的，所以它的准确
性是基准速度的关键。目前通常有两种方法可以参考：厚度法与线速度计算法。
厚度法的原理是建立在对材料厚度的了解情况下，电机每运转一圈，收
卷棍直径会增加两个材料厚度，放卷棍直径会减小两个材料厚度。此方法主要
使用在收放卷材料厚度均匀的情况下，优点是计算出来的厚度值准确，缺点是
需要使用者在变频器相关参数中输入材料厚度信息。
线速度计算法的原理主要是依据以下公式：D=（G*V）/（π*n）。其中D
为当前卷径，G 为机械传动比，V 为当前线速度，n 为电机转速。当前线速度可
通过模拟量或者脉冲的形式采集。线速度计算法的优点是可以使用在材料厚度
不均匀的场合，不需要对材料厚度值的设置，降低了对操作工的要求；缺点是
计算出来的当前卷径值会受线速度采集准确度的影响，如果线速度波动很大，
则当前卷径值也会出现很大波动。
通过计算卷径得出来的卷径值基本上等于实际测量的卷径值，所以同样
可以计算出PID 调节的±5%的调节范围，为加大弹性，可以将±5%的范围放大
到±15%，结果仍然比较理想，可以保证张力摆杆的正常波动范围在±1%范围内。
注意：加减速过程中禁止计算卷径，因为在加减速的过程中给定目标速
度是增加的，而PID 调节的速度跟随是迟后的，所以尽量避免在速度变化的过
程中计算卷径。
4.4 计算过程
放卷在低速（0～5Hz）运行时由于不可避免因为电机滑差等因数造成的
给定转速和实际输出转速误差肯定会大于PID 调节范围±15%，所以工艺要求
PID 调节范围应该是在传动轴（0～5Hz）运行过程中出现一个成反比的计算公
式即：F=K/V，其中F 为PID 允许调节范围，K 为常数值，V 是传动轴的实际输
出频率，通过此计算公式后得出实际的PID 允许调节范围F 值为：±150%～15%
（0～5HZ）；±%15（5～50HZ）。
通过不同速度输出情况下对PID 波动范围的调节*了全部情况
下的高精度PID 速度控制既做到了高速情况下的小比例大幅度特性，又满足了
低速情况下的大比例小幅度特性。
4.5开机预张紧功能：
在初次上膜的开机后，通过判断收、放卷摆杆角度是否在张紧位置，否
则将在此阶段禁止PID 调节，采用固定速度运行收卷和停止放卷。当判断收卷、
放卷摆杆回到规定角度内后从新将速度切换到PID 功能中。
4.6放卷双工位切换
在当前卷工作到放料结束时预启动备用卷（通过设置的初始卷径为基础
计算出固定速度运行），人为操作接料后停止当前卷，并将备用卷的速度切换
到PID 控制速度方式，完成双工位放卷接料控制过程。
5、通过触摸屏进行参数设置
主画面反映了全部传动轴的运行状态、当前放卷卷径、线速度，以及各
个摆杆的张力角度位置等，如图3所示。参数设置界面提供了一些工艺参数数据
等，如图4所示。
6、结论
通过对双工位印刷涂布机系统的调试，使得此双工位印刷涂布机能够
在0～65米/分的zui大速度控制范围内保持恒定的张力和稳定的线速度，特别是
全部的4个张力摆杆的角度偏差不超过±1%的波动范围，非常有效地保证了产品
质量及高速的生产效率。经过在zui终客户的使用，得到了客户的肯定。另一个
比较重要的意义在于通过此次台达全系列产品特别是VFD-VE变频及PLC 组成的
系统在印刷行业的成功应用，开创了台达产品及系统在本地区印刷行业的新局
面。
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