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一、 引言
在藥品、手機(jī)充值卡等所使用的防偽標(biāo)志都是通過轉(zhuǎn)移印刷機(jī)印在特定的介質(zhì)上，轉(zhuǎn)移印刷機(jī)所使用的印版為模壓機(jī)所壓出的薄膜。模壓機(jī)先對薄膜進(jìn)行處理后再進(jìn)行壓印，從而在薄膜上形成具有立體感的圖像。模壓機(jī)由壓印、展平、牽引和收卷四大部分組成，其中的展平和收卷兩部分必須要用張力控制，而且能根據(jù)生產(chǎn)材料的不同進(jìn)行調(diào)整，收卷部分還要計量產(chǎn)品的厚度并完成自動停機(jī)控制，實現(xiàn)半無人化操作。
SB80系列變頻器是成都森蘭變頻器制造有限公司自主開發(fā)的一款多功能工程型矢量控制變頻器，它以其強(qiáng)大的功能模塊及靈活的編程方式使得用戶能得心應(yīng)手隨意組合，從而實現(xiàn)各種運(yùn)動控制。
二、 系統(tǒng)分析與構(gòu)成
2.1 控制方案分析
模壓機(jī)的收卷部分承擔(dān)兩個任務(wù)：一是產(chǎn)品的厚度計算和停機(jī)控制，二是負(fù)責(zé)產(chǎn)品的收卷控制。系統(tǒng)要求收卷部分運(yùn)行平穩(wěn)、張力穩(wěn)定、無抖動、無爬行、無異常聲音；收卷的直徑為：150mm-1250mm；最大直徑時重量為：2.4T；壓印速度為0-75m/min可調(diào)整。這種機(jī)器收卷直徑的跨度大、負(fù)載慣性大、收卷的好壞直接影響到產(chǎn)品的優(yōu)劣，對控制要求較高。經(jīng)過對系統(tǒng)的分析，決定采用變頻器控制收卷張力，這樣可以簡化系統(tǒng)構(gòu)造、提高整機(jī)性能。由于收卷直徑要從最小150mm到最大1250mm，并且產(chǎn)品重量大，如果用恒張力作收卷控制會造成收卷內(nèi)側(cè)起皺的現(xiàn)象從而影響產(chǎn)品質(zhì)量，所以變頻控制收卷張力必須加錐度，即根據(jù)要求作一定的張力變化，解決因恒張力收卷而產(chǎn)生的內(nèi)側(cè)起皺問題。
模壓機(jī)的展平輥用于將壓印后的薄膜拉直并附于一定的張力使其平整，以便能通過牽引輥。展平輥要求使用恒張力控制，在系統(tǒng)變速過程中要無抖動、張力恒定、無異常聲音。根據(jù)以上的要求，變頻器取版輥速度作為前饋，算出版輥與展平輥之間的轉(zhuǎn)速比后再設(shè)置變頻器的前饋速度增益，變頻器用模擬轉(zhuǎn)矩限幅控制張力。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示
圖1 系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)圖
2.2 系統(tǒng)的組成
系統(tǒng)由一臺可編程控制器和觸摸屏作為控制主體，兩臺安川伺服單元作為版輥驅(qū)動和牽引輥驅(qū)動，兩臺森蘭SB80B系列變頻器分別作為展平輥驅(qū)動和收卷控制驅(qū)動；變頻器型號分別為：
1） 收 卷：SB80B-5.5T4 （用張力傳感器作張力閉環(huán)控制，同時完成卷繞厚度計算和停機(jī)控制）
2） 展平輥：SB80B-2.2T4 (用轉(zhuǎn)矩控制張力變化)
森蘭SB80B系列變頻器內(nèi)置兩個多功能比較器、兩個邏輯單元、兩個定時器、一個計數(shù)器（其高速計數(shù)方式可對300KHz的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)器的實際值和設(shè)定值之間的偏差可以通過PU菜單進(jìn)行查詢）、四個算術(shù)單元和一個數(shù)字低通濾波器等完善的可編程單元使得實現(xiàn)上述要求并不難。
2.3 系統(tǒng)的實現(xiàn)
圖2是以森蘭SB80B變頻器為控制核心的收卷控制部分，
圖2 收卷變頻控制圖
為了達(dá)到系統(tǒng)要求的實時響應(yīng)和控制精度，變頻器采用有PG速度反饋矢量控制方式，由光電開關(guān)輸入到計數(shù)器完成產(chǎn)品厚度計算，并通過變頻器模擬輸出給PLC作為觸摸屏的厚度顯示，并用于張力錐度的計算和停機(jī)控制。由張力傳感器檢測被卷物體張力并反饋回變頻器作為張力控制的依據(jù)，由PLC給出信號送到變頻器模擬輸入端子AI2作為初始張力設(shè)定參考，而實際設(shè)定張力由算術(shù)單元1計算得出。算術(shù)單元1將PLC送來的設(shè)定張力信號與收卷卷徑信號進(jìn)行乘法運(yùn)算，并將計算的結(jié)果作為變頻器PID控制器的目標(biāo)值，從而達(dá)到張力錐度控制的目的。計數(shù)器設(shè)置一個指定計數(shù)值作為與實際計數(shù)值進(jìn)行比較，當(dāng)實際計數(shù)值到達(dá)指定計數(shù)值時變頻器輸出一個開關(guān)量信號到PLC，由PLC控制系統(tǒng)停機(jī)；計數(shù)器再設(shè)置一個設(shè)定計數(shù)值作為產(chǎn)品厚度顯示校準(zhǔn)和控制張力錐度變化斜率，計數(shù)器偏差值從變頻器端子AO1輸出送到PLC作厚度顯示。
變頻器參數(shù)設(shè)置如表一所示：
表一：收卷變頻參數(shù)
圖3是以森蘭SB80B變頻器為控制核心的展平輥張力控制
圖3 展平輥變頻控制圖
展平輥變頻器采用有PG速度矢量控制方式，由PLC給出版輥速度信號到變頻器的模擬輸入端子AI0作為速度前饋信號，再由PLC給出模擬轉(zhuǎn)矩限幅信號來控制張力，這種控制方式結(jié)構(gòu)簡明，實用性較高。但要加以摩擦力補(bǔ)償，否則在低速時可能引起引力的不穩(wěn)定。變頻器參數(shù)設(shè)置如表二所示：
表二：展平輥變頻參數(shù)
三、 總結(jié)
森蘭SB80B變頻器內(nèi)置多種可編程模塊和過程PID功能，用于張力控制使得整機(jī)設(shè)計簡捷、系統(tǒng)控制更為方便、并能對收卷的情況進(jìn)行實時查詢，提高了整機(jī)的性價比，收卷張力控制及展平輥張力控制均達(dá)到了預(yù)期效果，并能在線進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號