基于运动控制器印刷机张力控制体系概述

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1、基于运动控制器印刷机张力控制体系概述第一章绪论1.1研究背景及意义在工业生产中，张力控制被广泛应用，有很多行业诸如冶金、印刷、包装、电线电缆、纺织、皮革加工、机器切割等都需要进行精确的张力控制，张力控制的精度直接影响到产品生产的质量。所以，保持张力的稳定控制就成了提高产品质量的重要环节[1]。在印刷领域，卷筒纸印刷机的工作过程中，卷到卷的张力控制是必不可少的，如果张力控制不合适，就会发生卷材的褶皱、变形，影响印刷质量，造成卷材浪费。在建国初期，我国的科学技术水平起点低，印刷产品种类单一，这些因素导致了我国的印刷技术落后

2、，印刷行业发展缓慢。我国早期的印刷工厂数量少，规模小，而且设备落后，生产效率很低，大多数都是以手工操作为主，自动化程度很低。直到六七十年代，我国的印刷技术才有所发展，部分工序采用了自动控制，一定程度上提高了印品的生产效率，但我国的印刷技术水平相对世界发达国家来说仍然差距很大。九十年代末期，无轴传动[2]技术开始进入我国市场，首先开始做无轴传动技术研究工作的是北人印刷机有限公司，随后开发并在市场投入了一套具有自主产权的无轴传动式的卷筒纸印刷机系统，得到了良好的收益。采用无轴传动技术的印刷机系统每个主动轴都有自己独立的驱动

3、功能，这种系统下的每个机组独立性强，机械结构简单，各个机组可以交替使用，每部分的机械动作互不影响，节省了机械成本。同时，无轴传动系统有着比较复杂电气结构，这就要求设备管理人员要有较高的操作水平及自动化知识。1.2国内外研究现状在印刷领域初期阶段，因为硬件设备和控制理论的技术落后，而且没有相应的教学研究作支持，卷筒纸印刷机的张力控制系统都依靠模拟控制方法控制张力，主要是通过力矩调节或是磁通调节的方法实现[5]-[9]。力矩控制方法比较复杂，误差较大，而且操作和调试都比较复杂，满足不了工业生产的发展需求。另外一个影响张力变

4、化的因素就是卷径的变化，通过磁通控制张力就是使电机磁通量随着卷径幅度的增大而增大，但是，当收放卷卷径[10]变化的幅度比较大时，就要求电机也要有足够大的弱磁变化范围才能满足张力控制的要求。如今大部分的卷筒纸印刷机的收放卷卷径的变化幅度都可以达到数十倍甚至更多，要找到磁通变化与之相匹配的电机难度很大，所以通过磁通调节的方法控制张力也满足不了工业发展的要求。现代的印刷和传统意义上的印刷己经有了本质的区别，现代印刷是光、液、气、电、机相结合的综合技术，随着各类卷到卷张力控制技术自动化、智能化的飞快发展，传统印刷机各机组之间的

5、动力传递方式已有所转变。早期，印刷机的动力依靠机械齿轮传递，各机组之间必须按照严格的传动比设计，可是当前的机械加工技术远远达不到传动所需要的精度，保证不了传动过程中严格的同步。近几年科学技术不断发展，传统的机械轴传动方式在自动控制技术不断发展的情况下得到了改变。近几年来，我国部分企业在张力控制系统中引进了高性能的控制器[11]-[14]，一批以PLC、MCU(微控制器)和工控机等为主控制器的数字式控制系统开始占据市场。第二章张力控制系统的分析与建模2.1卷筒纸印刷机工作原理简介在卷筒纸印刷机工作过程中最重要的环节就是张

6、力控制，所以，一个稳定的张力控制系统对卷筒纸印刷机来说至关重要，以下就一种比较常见的卷筒纸印刷机机构为例，对其工作原理进行简单介绍。如图2.1.1放料辊卷取的是准备印刷的卷材，在卷筒纸印刷机过程中一般是纸带，放料牵引辊作为主动轴由电机驱动牵引放料辊放卷，纸带经由传动滚筒、摆辊进入印刷单元，在进入印刷装置之前纸带必须要保持平整、绷紧程度适中，并保持有一定的走纸张力，卷筒纸印刷工作才能得以实现。收料辊对印后产品进行卷取，同样需要保持张力的稳定，收料辊卷取时要注意张力锥度的问题，卷取张力要随着卷径的增加而减小，以保障印刷品的

7、平整而不至于出现梅花瓣等褶皱的情况。纸带的张力在印刷过程中需要大小适当且恒定不变，因为纸张张力的大小直接影响到卷筒纸胶印机的图像转移状态，张力大小不合适会造成套印不准、纸带飘移、破口或撕裂、起皱褶、十字标位置不准等一系列工艺故障，从而增加了劳动强度，降低了机器运转效率，浪费了纸张，影响了生产质量。如果纸带张力过小，会造成印迹模糊、横向皱褶、套印不准；如果纸带张力过大，会产生印迹变形，纸带纵向打皱，横向断裂；如果纸带张力不稳，则以上情况都可能发生。所以卷筒纸印刷机的印刷过程中，纸带必须随时保持合适的张力，才能保证印刷工作

8、的顺利进行。2.2张力控制系统概述在印刷、包装甚至宝石加工等工业生产中，在生产过程中带材的传输或是在生产完成之后带材的卷绕。在这一过程中，决定产品质量的关键将是卷绕的技术，收卷时带材缠绕的太紧，带材容易发生形变，拉断，卷的太松也会影响产品的质量，因此在生产过程中都会要求在卷绕过程中，在带材上建立一个合适的张力，并通过控制系统保持张