不管是印刷設(shè)備，還是印后包裝設(shè)備，自動化控制技術(shù)的應(yīng)用是其可否滿足功能需求的保障。機械結(jié)構(gòu)的簡單化、控制技術(shù)的自動化這是印刷包裝設(shè)備的發(fā)展大趨勢。在下面的內(nèi)容中，我就從張力控制的角度探討控制技術(shù)在印刷包裝設(shè)備中的發(fā)展和應(yīng)用。我們所重點探討的是帶材類印刷機、復(fù)合機、涂布機和分切機，對單張材料的印刷包裝不作介紹。

 

      一個要求張力控制高精度的系統(tǒng)，需要考慮的因素很多，比如：力矩補償、轉(zhuǎn)動慣量的補償、錐度的控制、升降速張力補償、軸切換控制等等。下面就針對我公司的產(chǎn)品，在張力控制方面所采取的措施加以說明：

      在擺輥檢測裝置中，擺輥的一個優(yōu)點是能夠存儲料膜，它的作用就好比是一個蓄力器、緩沖器，吸收或隔離了張力的擾動。擺輥調(diào)節(jié)的目的是通過調(diào)整擺輥位置而間接控制料膜表面張力，這個過程需要使用擺輥反饋信號，反饋信號是擺輥的位置偏差，該位置偏差對應(yīng)的反映張力的波動量。當(dāng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時，擺輥自然下垂，擺輥氣缸上的推力與料膜上的張力處于平衡；當(dāng)系統(tǒng)張力產(chǎn)生了波動，克服機械摩擦阻力，這種平衡被打破，擺輥位置發(fā)生了偏移，擺輥的自重在水平方向產(chǎn)生分力，該分力疊加到料膜張力上，使系統(tǒng)張力產(chǎn)生更大的波動。機械摩擦阻力包括氣缸、擺輥機械裝置等的摩擦力，系統(tǒng)在工作時是一個不斷的動態(tài)調(diào)整過程，機械摩擦阻力對信號檢測精度有很大的影響。以上分析可得，減輕擺輥裝置的自重以及減小機械摩擦阻力是提高信號檢測精度的關(guān)鍵。另外擺輥反饋信號應(yīng)調(diào)整到最高分辨率，過低的分辨率將降低張力調(diào)節(jié)的總體性能。目前，我公司機組式凹版印刷機中、高檔機型中該部件的設(shè)計都是遵循以上原則。

 

      對檢測信號的抗干擾措施如下：在硬件上選擇優(yōu)良的器件，配備完善的接地網(wǎng)，單點接地，分隔走線及布線，所有信號線均采用屏蔽線；在軟件上，對檢測信號進(jìn)行濾波，消除錯誤的檢測信號對系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊。

      驅(qū)動部件表面速度與線速度之間的速度匹配對于張力調(diào)節(jié)和PLC內(nèi)部的計算精度非常重要，速度匹配保證了料膜能夠按照整條生產(chǎn)線的同一速率運行，使張力控制器或擺輥控制器控制料膜表面張力的修正量更小，精度更高。另外機械負(fù)載的波動對電機速度也會產(chǎn)生影響。我們在實際應(yīng)用中，選擇矢量變頻+矢量電機，工作在帶PG矢量控制，可進(jìn)行高精度的速度控制、力矩控制，速度控制范圍：1：1000，控制精度：±0.02％，啟動轉(zhuǎn)矩：150％，充分保證了速度精度及機械硬度。

      張力控制都一般采用PID控制。PID控制效果的好壞主要在于采樣時間、增益、積分、微分等PID參數(shù)的調(diào)節(jié)。

 

      張力控制時，PID參數(shù)低速到高速時可能不適合，或者不同卷徑段的PID參數(shù)可能不通用，因此PID參數(shù)的線性化、分段處理是解決該問題的首選。收放料在正常工作時，料卷直徑在不斷的變化，其卷徑的變化是引起不穩(wěn)定的最大因素，在程序中對收放料依據(jù)內(nèi)部計算直徑進(jìn)行分段PID控制。收放料牽引不存在卷徑的變化，相對比較穩(wěn)定，線速度的變化是引起不穩(wěn)定的最大因素，在程序中對牽引PID按線速度的變化進(jìn)行線性化，使低、中、高各段速度下的系統(tǒng)響應(yīng)都達(dá)到最佳。

      系統(tǒng)在升降速過程中，多臺電機聯(lián)動，使整條生產(chǎn)線的線速度發(fā)生了變化，由于各個執(zhí)行電機的負(fù)載慣量是不同的，引起各電機的升降速曲線不重合，此時的張力控制特性與穩(wěn)態(tài)時是有所區(qū)別的，控制參數(shù)要作相應(yīng)的調(diào)整，加入升降速PID控制，單獨控制升降速時的動態(tài)響應(yīng)，與穩(wěn)態(tài)比較，張力擾動大，要求響應(yīng)快速，這時比例、積分、微分作用都要求比較強，只要系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩即可。

 

      在軸切換時，通過以下幾點來改善換軸時的張力控制性能。自動裁切時預(yù)驅(qū)動的線速度與當(dāng)前線速度相匹配：我公司中、高檔機型收放料自動裁切時，都配有預(yù)驅(qū)動功能，要求預(yù)驅(qū)軸表面的線速度與當(dāng)前線速度要相等或接近，盡量減小因為換軸線速的差別而帶來的張力波動；軸切換PID：在自動裁切時，加入一套單獨的軸切換PID控制，改善換軸時的動態(tài)性能；軸切換時的力矩提升：在自動裁切過程中，當(dāng)切刀動作時，對放料提升其制動力矩，對收料提升其主動力矩，力矩的增加將引起料膜張力的增加，料膜張力的增加使得切斷和軸轉(zhuǎn)換簡潔、容易；尾長控制：裁切時，尾長過長，引起張力波動增加、走料不暢、印刷跑版等問題。調(diào)整糊面位置可有效的減小尾長；還有一種定長控制，根據(jù)線速度、卷徑來計算，通過程序內(nèi)部延時或檢測，把裁切尾長控制在一定范圍內(nèi)；糊面檢測：提高了裁切的可靠性，減少因停機而產(chǎn)生的廢品。以上方法都為一個目的：平穩(wěn)過度、克服張力擾動、減少接料廢品率。

      在速度控制模式下，通過改變實際速度并調(diào)整轉(zhuǎn)矩輸出來考慮慣性的要求。當(dāng)工作在轉(zhuǎn)矩控制模式下，需要精確的估算慣性力矩分量，來保持料膜的張力控制符合要求。慣性補償是用來補償由于物體速度的變化而產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)矩要求，這個附加轉(zhuǎn)矩分量的大小取決于物體的轉(zhuǎn)動慣量和角加速度。在速度模式下進(jìn)行慣性補償，可有效提高控制的動態(tài)特性。

 

      由于系統(tǒng)慣性的存在，使得電機響應(yīng)滯后，所以當(dāng)電機給定發(fā)生變化時，控制器估算電機克服系統(tǒng)慣性所需的附加轉(zhuǎn)矩，以轉(zhuǎn)矩補償?shù)男问絹硖岣呦到y(tǒng)的動態(tài)性能。在系統(tǒng)升降速過程中的慣性補償顯得尤為重要。

      綜合考慮各種因素，要求系統(tǒng)調(diào)整的周期越短越好，響應(yīng)要足夠的快。PLC內(nèi)部程序采用定時中斷的工作方式，10ms對模擬輸入、輸出刷新一次，使得檢測及控制的實時性得到保證。變頻器內(nèi)部的加減速時間設(shè)定為最小0s，保證了其響應(yīng)的快速性。下一步，我們還要把PLC與變頻器通過工業(yè)總線組成網(wǎng)絡(luò)，把目前的模擬量給定變成數(shù)字量給定，進(jìn)一步縮短變頻器的響應(yīng)時間。

      收放料卷徑計算：通過程序計算收放料當(dāng)前直徑，并且限制卷徑的變化率，以防止卷徑的突變，引起收放料控制異常。

 

      收料錐度張力控制：隨著收料直徑的遞增，張力遞減，防止收料卷變形。

通過以上措施的實施，有效地控制了張力的穩(wěn)定性，保證了印刷套印的精度，明顯改善了整臺設(shè)備的張力狀況，升降速廢品率、接換料廢品率大大減小。

 

      張力自動化控制技術(shù)已在網(wǎng)絡(luò)中普遍應(yīng)用，特別是基于現(xiàn)場總線的工業(yè)控制網(wǎng)的應(yīng)用?，F(xiàn)場總線是在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的一種通訊網(wǎng)絡(luò)，能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，如干擾、沖擊、震動、溫度、粉塵等。同時，現(xiàn)場總線易于控制系統(tǒng)由模擬控制向數(shù)字化控制轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)可靠快捷的數(shù)據(jù)信息交互和簡化控制配線，實現(xiàn)簡練的遠(yuǎn)程I/O控制，從而大大降低故障點且利于維護(hù)機器。通過現(xiàn)場總線把各個控制單元聯(lián)網(wǎng)，形成一個網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)，上一層與工業(yè)控制計算機連接，可用于生產(chǎn)監(jiān)控、報表輸出的管理功能。

      應(yīng)用多臺伺服電機驅(qū)動各個印刷版輥來代替主傳動軸，對各印刷機組建立相應(yīng)的模型，當(dāng)套印偏差產(chǎn)生時，通過控制系統(tǒng)的計算，同時輸出并調(diào)整，充分考慮了負(fù)載慣量的影響，響應(yīng)迅速，調(diào)整及時。該系統(tǒng)印刷速度高，可達(dá)到400米/分，套印精度高，廢品率低，具有極高的應(yīng)用前景。

      隨著張力自動化控制技術(shù)的不斷提高，人們會不斷嘗試新的工藝，實現(xiàn)更為有效的印刷包裝方式。近年來，一些應(yīng)用如大克數(shù)紙張的對接（包括高速滾筒對接、零速對接）、聯(lián)機模切壓痕打孔、聯(lián)機橫斷等已在國產(chǎn)印刷包裝設(shè)備上得到成功解決，且已擁有成熟的控制方案。當(dāng)然，對于適應(yīng)形式多樣的涂布機控制、特殊要求的復(fù)合工藝等控制技術(shù)和設(shè)備仍有待新的突破。我相信未來幾年，國產(chǎn)印刷包裝設(shè)備會在自動化控制技術(shù)上長足發(fā)展，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍，且在本行業(yè)中會有更為出色的表現(xiàn)。