薄膜印刷中多电机速度同步控制系统
- 发布时间：2008/2/25 10:50:03
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薄膜吹塑及印刷机组的主要功能是，利用挤出吹塑的方法进行塑料薄膜的加工，然后经过凹版印刷机实现对薄膜的印刷，印刷工艺根据要求不同可以采用单面单色、单面多色、双面单色或双面多色等方法。在整个机组中，有多个电机的速度需要进行控制，如挤出主驱动电机、薄膜拉伸牵引电机、印刷电机以及成品卷绕电机等。电机间的速度有一定的关系，如：挤出主电机的速度由生产量要求确定，但该速度确定之后，根据薄膜厚度，相应的牵引速度也就确定，因此挤出速度和牵引速度之间有一确定的关系；同时，多组印刷胶辘必须保证同步，印刷电机和牵引电机速度也必须保持同步，否则，将影响薄膜的质量、印刷效果以及生产的连续性；卷绕电机的速度受印刷速度的限制，作相应变化，以保证经过印刷的薄膜能以恒定的张力进行卷绕。
在上述机组的传动系统中，多组印刷胶辘的同步驱动可利用刚性的机械轴联接，整个印刷胶辘的驱动由一台电机驱动，这样就保证了它们之间的同步。印刷电机的速度必须保证与牵引电机的速度同步，否则，在此两道工艺之间薄膜会出现过紧或过松的现象，影响印刷质量和生产的连续性。但是印刷生置与牵引装置相距甚远，无法采用机械刚性联接的方法。为实现牵引与印刷间的同步控制，牵引电机和印刷电机各采用变频器进行调速，再用PLC对两台变频器直接控制。
牵引电机和印刷电机采用变频调速，其控制框图如图1所示。在这个闭环控制中，以牵引辘的速度为目标，由印刷电机变频器调节印刷辘速度来跟踪牵引辘的速度。利用旋转编码器1和旋转编码器2分别采集上述两个电机的脉冲信号（编码器位置参见图3），并送到PLC的高速计数口或接在CPU的IR00000~IR00003。以这两个速度信号数据为输入量，进行比例积分（PI）控制算法，运算结果作为输出信号送PLC的模拟量模块，以控制印刷电机的变频器。这样，就可以保证印刷速度跟踪牵引速度的变化而发生变化，使两个速度保持同步。
采用PI控制算法进行速度调节，程序设计框图见图2。图中取自编码器采集的脉冲信号，转换成电机的速度数据，经上下限处理后，存储于某个DM区中，以作为运算中的y值。计算后的p值，送到模拟量输出通道，经过上下限标定后，换算成变频器能接受的电流或电压信号，以控制印刷电机的变频器。
为确保薄膜在牵引和印刷两道工序间保持恒定的张力，在这两个装置之间增加一组浮动辘调节装置。
上面的浮动辘调节装置，也用于减少因电源系统波动等因素引起的外来干扰。但波动引起的速度差别，经过一段时间后，会使两个浮动辘位置升得太高或降得太低。因此在设计PI控制算法时，考虑了这些干扰因素的影响，利用积分环节I来调节累积误差，使得牵引辘和印刷辘能进行同步控制，并且同步精度较高，从而确保这个控制系统的稳定性。
一、利用PLC和变频器实现稳定速比的控制
在聚丙烯（PP）纺丝设备中，经过预拉伸的纤维需要进行热拉伸。热拉伸在两个经过加热的辘筒与预拉伸辘之间进行，各辘筒由电机分别驱动。原有的电机调速是采用直流电机驱动，由电位器调节的。在生产中经常出现速度波动现象，速比不能稳定，加工过程易出现“缠辘”现象，成品纤维出现“毛丝”和“硬头丝”，影响化纤成品的质量。在纺丝时，预拉伸辘的速度受PP原料、分子线形取向等工艺要求的变化，应能方便地进行调节。确定了拉伸比后，热拉伸辘的速度要快速地进行眼踪和变化。采用可编程控制器（PLC）和变频器进行控制，能较好地稳定两个热拉伸辘与预拉伸辘之间的速比。
预拉伸棍和两个热拉伸辘由3台电机分别驱动，热拉伸两辘速度相同，化纤无拉伸，起稳定纤维性能作用；热拉伸辑与预拉伸辗间具有一定的速比，某一个速度发生变化时，另一个也需要根据速比同时进行相应的变化。由旋转编码器采集的脉冲信号，送PLC的高速计数口或接CPU的IR00000~IR00003，转换成速度数据后，作为比例积分（PI）控制算法的输入参数。运算结果作为输出参数，经PLC的模拟量输出模块标定后，以电流或电压形成控制各电机的调速变频器。控制算法中，预拉伸辘速度数据V1乘上某个速比u后（速比可调），作为目标值，使热拉伸辑的速度数据V2跟踪（V1·u）的变化。
二、结束语
随着变频器技术的成熟和使用范围的扩大，可利用可编程控制器（PLC）对其进行控制，从而适应传动系统中对速度控制灵活性、准确性和可靠性等的不同要求。上述两个例子均是实际生产中应用PLC和变频器进行速度控制的实例，均较好地达到预期的同步或给定速比控制要求。