張堅強 （1974-）
男，畢業(yè)于昆明理工大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，主要研究方向為工業(yè)自動(dòng)化系統的應用。

摘要：本文著(zhù)重闡述英威騰張力變頻在七電機凹印機現場(chǎng)的成功應用，展示張力變頻在印刷領(lǐng)域的張力與同步控制的先進(jìn)方案，引導一種新的變頻控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：張力與同步；控制技術(shù)

Abstract: This article demonstrates the successful application case of INVT tension 
control inverter in the gravure printing machine with 7 motors. This case shows the 
advanced scheme of the control of tension and synchronization in the printing field, 
and leads to a new technology of inverter control.

Key words: Tension and synchronization; Control technology

1 引言

    凹版印刷機，簡(jiǎn)稱(chēng)凹印機，又稱(chēng)凹版機。是將雕刻在印刷滾筒表面的凹陷圖文浸沒(méi)在油墨槽里轉動(dòng)，用特制的刮墨刀將印版空白部分的油墨刮凈，然后在壓力的作用下將圖文部分的油墨轉移到承印物上來(lái)完成印刷。具有層次豐富、色澤鮮明，適用的介質(zhì)多（如薄膜、紙張等），適應范圍廣泛，耐印性好、印速高等特點(diǎn)，深受業(yè)內青睞。根據顏色的分類(lèi)，可分為單色凹版機和多色凹版機。凹印機對同步與張力控制的穩定性和控制精度要求較高。

2 傳統凹版機的控制方案組成與缺陷

2.1 組成

    傳統的七電機型凹印機控制系統是由PLC基本單元、模擬量模塊、通用矢量變頻器以及觸摸屏組成。

2.2 缺點(diǎn)

    以上的方案是目前較為傳統的控制方式，所有的控制集中在PLC來(lái)完成，變頻器僅起驅動(dòng)作用。

    它雖然也能達到較好的控制效果，但是還是存在以下不足：

    （1）由于張力的控制通過(guò)PLC的PID運算后再輸出相應的模擬量給變頻器，運算的程序量較大，而這部分掃描處理時(shí)間往往達到甚至超過(guò)30ms的時(shí)間，再輸出到變頻器就會(huì )有些響應滯后，影響了其控制精度；

    （2）由于變頻器調速時(shí)接收的信號是0~10V的模擬量弱電信號，容易受到變頻器本身或外圍所致的信號干擾；

    （3）系統中因需要數個(gè)模擬量模塊，導致成本增加，系統變得復雜化。

3 張力變頻控制方案

    以下結合東莞某印刷機械公司在七電機型凹版機的成功應用經(jīng)驗，克服以上傳統方案的缺點(diǎn)，總結張力變頻在同步與張力控制中的整體解決方案。

3.1 系統配置

    張力變頻器不僅具有變頻驅動(dòng)的常規功能，還集成了智能控制技術(shù)。使變頻器同時(shí)具備張力與同步的運算控制功能。系統由PLC基本單元、CHV170張力變頻器與觸摸屏組成。

3.2 方案優(yōu)點(diǎn)

    （1）同步控制與張力的運算全部集中在張力變頻器里完成，PLC僅完成系統的邏輯控制與通訊。這樣同步與張力的控制無(wú)須經(jīng)過(guò)PLC運算的中間環(huán)節就可直接運算輸出，響應速度與精度比傳統方案的要高。

    （2）系統所需的參數設置如放卷初徑、印刷輥外徑，均通過(guò)PLC的一個(gè)晶體管脈沖輸出信號，所發(fā)送脈沖數量為相關(guān)參數的設定值，發(fā)送完成后變頻器有一個(gè)應答輸出到PLC當中。這樣即可完成PLC與變頻之間信號發(fā)送與接收，程序簡(jiǎn)單。

    （3）省去PLC控制所需的模擬量模塊，不但節省成本，系統的硬件與軟件變得簡(jiǎn)易化，可靠性增強。

    （4）系統的維護變得更加簡(jiǎn)易與方便。

3.3 七電機型凹版機的工藝控制流程

    七電機型凹版機是全自動(dòng)凹版印刷機的主流產(chǎn)品，具有自動(dòng)切料、接料的特點(diǎn)。它是由主機、前牽引、后牽引、雙收卷與雙放卷電機構成。印刷部分在主機部分完成。收料或收料切換在收卷部分完成，放料或放料切換在放卷部分完成。張力大小的設定一般是通過(guò)調節擺桿的氣壓來(lái)實(shí)現，如圖1所示。

3.4 凹印機系統控制接線(xiàn)圖

3.4.1 PLC接線(xiàn)圖（如圖2所示）

                                   圖1  工藝流程圖

                                    圖2   PLC接線(xiàn)圖

3.4.2 變頻控制接線(xiàn)圖（如圖3所示）

                                    圖3   變頻器控制接線(xiàn)圖

3.5 工作過(guò)程說(shuō)明

    系統啟動(dòng)后，主機為零速，變頻的零速張緊功能起作用，可令各環(huán)節的擺桿處于平衡位置狀態(tài)。此時(shí)通過(guò)加減速按鈕來(lái)增加或減少主機的速度，主機速度通過(guò)模擬量輸出口A(yíng)O作為放卷、前牽引、后牽引與收卷變頻AI1的公共速度輸入信號的同步給定，各變頻AI2的擺桿平衡位置作為張力給定信號，擺桿的擺動(dòng)變化作為張力反饋信號，形成張力閉環(huán)反饋的速度控制。雙收卷與雙放卷一般都是只有一個(gè)在運行的，當前是哪個(gè)運行由PLC選定控制，放卷只有在換卷時(shí)，兩個(gè)放卷變頻才同時(shí)工作，收卷也如此。放卷或收卷變頻的速度除了跟主機速度大小有關(guān)外，還與當前的卷徑大小有關(guān)。這樣既可以實(shí)現速度的同步控制，又可以實(shí)現張力的恒定。

    關(guān)于脈沖通訊：

    以上系統運行前，先通過(guò)觸摸屏設定相關(guān)的印版外徑、放卷的初徑。由于所采用的PLC是晶體管輸出型的，PLC可通過(guò)YO的脈沖輸出通道，發(fā)送3K以?xún)炔煌}沖頻率的脈沖數到變頻器的高速脈沖輸入口中，相關(guān)變頻所設置接收脈沖頻率不一樣，這樣變頻就可接收到PLC發(fā)來(lái)的相應脈沖頻率的脈沖數作為相關(guān)參數的給定。這些參數以及計長(cháng)、翻轉預設參數等，均可通過(guò)觸摸屏進(jìn)行設定，如圖4所示。

                                   圖4   參數設置界面

3.6 調試過(guò)程與參數設置

    （1）裝好編碼器，斷開(kāi)電機負載。

    （2）電機參數設置

    根據電機銘牌參數設定到P2組相關(guān)參數當中。

    進(jìn)行參數自學(xué)習過(guò)程：將P0.17 設成1，顯示“RUN-0”，再按鍵盤(pán)“RUN”鍵，電機自動(dòng)運轉，待鍵盤(pán)重新閃爍顯示頻率值時(shí)，參數自學(xué)習完成。

    用鍵盤(pán)起動(dòng)，有編碼器的請將P0.00設成1，編碼器線(xiàn)數輸入P3.10，修改P0.10頻率值，觀(guān)察零速0.00Hz，低速0.50Hz，中速20.0Hz，高速（最大頻率值）時(shí)電機運轉是否正常，運行電流是否平穩，如果不正常請重新進(jìn)行參數自學(xué)習。

    （3）設置主機、前牽引、后牽引、收卷、放卷等各項參數。

3.7 常見(jiàn)問(wèn)題與處理技巧

    （1）張力過(guò)松或過(guò)緊

    調節各擺桿氣缸的氣壓。不同材料應設置不同的氣壓大小。調整時(shí)可通過(guò)搖動(dòng)擺桿力量的大小來(lái)設定氣壓。

    （2）收放卷初始運行時(shí)狀態(tài)不穩定或主機部分張力異常

    觀(guān)察觸摸屏上放卷的初徑設定、主機所換上的印刷輥外徑設定是否準確、收卷在手動(dòng)卸料時(shí)是否卷徑清零。

    （3）變頻器在低頻工作時(shí)抖動(dòng)，電流波動(dòng)較大

    檢查變頻器參數自學(xué)習是否正確，編碼器安裝與工作是否正常，其屏蔽線(xiàn)是否接地。