基于Codesys的柔印机收卷张力自动控制系统

李训艳 孟祥杰 徐春宝 王云 王振爱

摘 要：柔板印刷机的收料张力控制系统是整个生产过程的一个重要环节，收卷方式也不尽相同，如：表面卷取收卷、不停机收卷表面收卷、中心收卷等，不同的收卷方式张力控制也有差别。通过对中心收卷张力的研究，设计了一种基于Codesys的收卷张力自动控制系统，进行系统结构分析，控制过程研究，程序编写，参数整定，并给出整定结果和分析，结果证明了该方法的优越性及稳定性，较好的实现了柔印机材料的收卷过程的张力最佳控制。

关键词：柔印机;收卷;张力自动控制;Codesys

中图分类号：TP271.4       文献标识码：A

近年来，由于考虑环保、胶印机及凹印机转型等因素，对于柔版印刷机的需求量日益增加。在柔印机的生产过程中，材料收卷张力的控制至关重要。随着收卷卷径的不断增加[1]，张力也必须作出相应的调整才能保证收取的材料表面整齐光滑。下面将具体研究柔版印刷机收卷装置的张力自动控制系统。

1 系统组成

柔版印刷机收卷张力自动控制系统结构简单，材料从后张力牵出后经张力调节装置至收卷轴，收卷轴由电机经皮带或齿轮直接带动。其张力自动控制系统包括两个部分，分别是浮动辊张力调节装置和卷径部分张力控制。这两部分相辅相成，相互影响，浮动辊张力调节部分控制的稳定性直接影响卷径部分卷径计算的精确度，同时卷径部分卷径计算的准确及稳定性也影响浮动辊的摆动变大，进而导致纸张张力变化，材料过松或过紧，导致收的材料残次不齐或材料由里到外松紧不一致等情况。

1.1 浮动辊张力调节装置部分的张力自动控制

浮动辊调节装置是柔版印刷机中心收卷张力自动控制中重要的部分，它决定了收卷张力的稳定性。此部分主要通过AI模块采集浮动辊的实际位置值给上位工控机IPC，IPC经过PID控制算法精确快速控制输出量来调整卷取电机的速度，进而达到控制收卷张力的目的。由于Codesys系统自带PID功能指令，为了方便这里直接调用系统自带的PID功能指令[2]，在此功能中，PID参数的整定直接影响控制性能的好坏。在调节PID参数时，首先调节Kp值，获得系统响应的动态响应曲线，根据动态响应曲线的快速响应性及快速稳定性确定比例增益Kp的初始值;然后加入积分时间Tn，调节Tn值，获得它的响应曲线，根据曲线的稳定性及超调情况确定积分时间Tn的初始值，这里不用微分时间Tv，所以不予考虑。经过整定调试，最终确定Kp和Tn值，从而使系统获得最佳的控制效果。根据經验经过调试整定，最终确定Kp为0.08，Tn为30，PID输出范围在-0.01～0.01之间，浮动辊张力控制非常稳定，浮动辊几乎稳定在设定值。

1.2 卷径部分的张力控制影响

计算卷径的高度准确稳定性直接影响收卷控制张力的稳定。

由此看见，浮动辊张力控制于收卷卷径相互影响，因此卷径的准确稳定至关重要，如果卷径波动太大，那么通过理论计算IPC下发给收卷电机的速度就会跳动较大，这样不仅影响浮动辊摆动的稳定而且导致收卷卷材忽松忽紧张力极不稳定。同时由于惯性、加减速、干扰、张力调节机构等因素的影响，此公式计算的卷径直接用来推算指令速度跳跃性太大，材料容易出现抖动或断纸等情况。这里设计卷径滤波输出，增加滤波算法使卷径平稳增加。具体算法如下：

（Dn：本次滤波输出卷径，Dn-1：上次滤波输出卷径，α：滤波系数，Xn：本次采样实时卷径。）

利用此算法对本次采样理论计算卷径与上次滤波输出卷径的差值进行加权处理，使输出卷径对输入卷径有反馈作用，同时考虑上次滤波卷径，进一步避免了卷径突变导致的张力不稳定，调节合适的加权值快速响应卷径变化从而调整收卷电机速度使张力稳定可靠。经滤波处理后卷径输出曲线如图1所示，经过滤波后输出卷径平滑稳定递增，保证了收卷张力的稳定。

2 结 语

该控制系统基于Codesys及研华工控机，完全自主研发，调试灵活方便，闭环控制[4]可控性好，控制精度高[5]，通过浮动辊张力PID参数整定及收卷卷径滤波处理等工作使收卷张力控制到达了稳、准、快的控制要求，克服了传统收卷张力控制系统的种种缺陷，使生产质量有了明显提高，取得了较高的经济效益。

该控制系统已在公司很多台设备应用运行，运行效果良好，操作简单[3]，调整方便，受到用户的一致好评。

参考文献：

[1]盛卫锋， 周一届. 张力自动控制系统的研究与开发[J]. 江南大学学报（自然科学版） 2004.6. 3（3）： 278-282.

[2]张水英， 麻寿光. 整经机PLC恒张力自动控制系统[J]. 纺织学报， 2004.2， 25（1）： 83-84.

[3]贾建明， 程跃辉. 用于凹版套色印刷机的张力自动控制系统[J]. 自动化与仪表， 1999.1， 14（1）： 30-32.

[4]傅雯 . 可编程控制器用于张力控制的一种方法[J]. 自动化仪表， 2000.2， 21（2）：28-30.

[5]穆征， 张冶 . 络纱张力控制系统分析[J]. 纺纱技术， 2006 5： 47-51.

作者简介：

李训艳（1983—），女，工程师，硕士研究生。主要研究方向：控制理论与控制工程。主要从事工作：电气自动化设计。

孟祥杰（1987—），男，工程师，硕士研究生。主要研究方向：控制理论与控制工程。主要从事工作：电气自动化设计。

（潍坊东航印刷科技股份有限公司，山东 潍坊 261205）