孫林

（西安航天華陽機電裝備有限公司，陜西 西安 710100）

作為文字、圖像的傳播中樞，印刷機的發(fā)展歷程映襯著學術文明的進展。在印刷業(yè)的“最后一公里”（卷繞環(huán)節(jié)），卷繞力度太大容易導致材料外形扭曲，而卷繞力度太小則會導致材料過于松散、疏離，因而合理控制卷繞力度決定著印刷成品的品質。張力控制就是控制電機的輸出，而張力控制系統(tǒng)是集張力控制器與張力傳感器于一身的控制系統(tǒng)，廣泛應用于印刷、紡織與冶金等行業(yè)領域，可產生恒定且持續(xù)的張力，實現均勻收、放卷以及輥間的同步。在印刷作業(yè)過程中，印刷工藝既要保證材料外形如初，又要保證材料的緊湊度，這就啟發(fā)我們將張力控制系統(tǒng)考慮到印刷機當中，從而控制并保證恒定的材料張力。印刷行業(yè)向高效益趨近的同時也對張力控制系統(tǒng)提出了空前的高標準性能要求。張力控制系統(tǒng)結構復雜，其分類原則也不盡相同。以環(huán)路為分類指標，張力控制系統(tǒng)可分為自由環(huán)、閉環(huán)以及開環(huán)控制系統(tǒng)；以監(jiān)測形式為分類標準，張力控制系統(tǒng)又可以分為跟蹤臂式、浮輥式以及超聲波式張力控制系統(tǒng)。

1 卷筒紙印刷機基本結構

顧名思義，卷筒紙印刷機就是以卷筒紙為原材料的印刷機械裝置。雖然不同型號卷紙印刷機結構迥然相異，但其大體組成結構基本相仿。卷筒紙印刷機大體上是由開卷、收卷、張力檢測系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)以及印刷單元所構成的。后續(xù)將對張力控制系統(tǒng)作詳細闡述。印刷機結構如圖1。

圖1 卷筒紙印刷機結構圖解

2 印刷機中張力控制系統(tǒng)的重要作用

放料部、放料牽引部、主機、收料牽引部以及收料部是張力控制系統(tǒng)的主要組成部分。其中，主機作為張力控制系統(tǒng)的核心變頻器，在整個系統(tǒng)裝置中充當著速度參考機械的地位。其他四部分依據主機速度以及自身PID 補償操縱量來達到同步速度，見圖2。

圖2 張力控制系統(tǒng)基本結構

卷筒紙印刷機在進行印刷作業(yè)時，紙帶的緊繃程度與印刷狀態(tài)緊密相連。印刷機飛速運作時，每小時可達到3～8w轉，要在如此高速運轉的狀態(tài)下，完成印刷作業(yè)絕非易事，這就需要印刷機械裝置與紙帶運轉速度不能有一絲的差別，否則，細微波動也會使印刷效果大打折扣。紙帶力度太大容易導致材料外形扭曲、撕裂、變形，但力度太小也會導致材料過于松散、漂移、疏離，因此，在卷筒式印刷機作業(yè)過程中，紙帶張力力度的操作控制效果要求恒常不變且大小得當，以保證印刷機高效益生產。若要控制紙帶張力力度大小恒常不變，就需要探究紙帶張力的影響因素。通過查閱資料及實踐操作，可知紙帶張力受各方面因素影響較多，現總結歸納出以下幾點：（1）工作環(huán)境（空氣中溫度、濕度、風力等影響因素）。（2）紙帶厚度。（3）工作裝置狀態(tài)（馬達不穩(wěn)等）。（4）紙帶與印刷機機械裝置接觸面的光滑度。由此可知，在實際作業(yè)中，由于不可控、不確定因素的雜亂無章，我們必須加入紙帶制動器，以便隨時調整紙帶張力，使印刷機械裝置可以平穩(wěn)接收紙帶。

3 紙帶張力的控制方法

通過前兩章的分析，我們已經充分認識到控制紙帶張力對印刷流程的重要作用。在現代技術的支撐下，紙帶張力主要采用以下幾種方式進行張力控制：電磁式張力控制方式、氣動式張力控制方式、變頻電機控制方式以及電子式張力控制方式等。而在幾種方式中，變頻電機控制方式的應用效果獨樹一幟。變頻電機張力控制在實際中應用廣泛主要有以下原因：（1）可設置并控制張力大小，張力控制操作人性化并且簡便，成本低廉。（2）張力控制算法較為先進。（3）實時計算卷徑，收、放卷電機轉矩有著極好的平滑性能。（4）應變能力強，可以實現對突發(fā)狀況的自我調節(jié)。

以下，我們將對變頻電機控制原理以及控制方法作詳細闡述。

3.1 控制原理

在印刷作業(yè)中，紙帶需要在制動裝置與驅動裝置的相互配合下才能按預定穩(wěn)定運行。一般情況下，在紙卷的軸心位置施以制動力，在紙帶位置施以制動約束力。對張力的變頻電機控制實質上是對閉環(huán)矢量的控制。在收、放卷過程中，其紙卷卷徑在時刻發(fā)生變化，這就需要補償轉矩，對電機的轉矩實時變化能力提出了較高要求，在極大程度上保證了收、放卷過程中的穩(wěn)定運行。

3.2 控制方法

根據控制原理的分析結果，我們可知要保證紙帶張力的恒定，就要及時對轉矩進行合適的補償。在激活瞬間，需要實現對靜摩擦轉矩的控制，靜摩擦轉矩大小的判斷依據電機轉矩大小以及一定的百分比；在運行過程中，需要實現對不同運動速度下的滑動摩擦轉矩的控制，滑動摩擦轉矩大小的判斷依據電機額定轉矩以及運行速率。轉矩控制因素不僅與運行狀態(tài)相關，也與車速、負載密不可分。在加速過程中，系統(tǒng)要求增加加速轉矩；在減速過程中，系統(tǒng)要求減少減速轉矩。因此，紙帶張力的控制過程就是控制電機變頻的過程，而電機變頻又依賴轉矩大小?？偠灾姍C轉矩是靜摩擦轉矩、滑動摩擦轉矩與負載轉矩相互作用的綜合結果。

4 影響控制系統(tǒng)精度因素分析

只有明晰張力控制系統(tǒng)裝置影響因素，才能更精準地對系統(tǒng)張力實現有效控制?；趯I(yè)資料與實際操作經驗可知，紙帶質量、空氣溫度、空氣濕度與裝置控制規(guī)律等都會對控制系統(tǒng)的精度造成污染。其中，作為可控因素，裝置控制規(guī)律主導著控制系統(tǒng)的反應速度、起調量、誤差精度以及系統(tǒng)穩(wěn)定特性，因而其在精度影響因素方面占有無可比擬的地位。由于檢測裝置的中樞地位，若要滿足較高標準的印刷成品，則要在單閉環(huán)控制的基礎上選擇精密的檢測裝置，并擇取相應的控制規(guī)律。若紙帶張力控制仍未滿足張力控制標準，則要在第一套張力控制系統(tǒng)的基礎上再建立一套張力控制系統(tǒng)，即二次張力穩(wěn)定器。

5 結語

張力控制系統(tǒng)裝置對于控制印刷成品向著高品質、高效能軌道穩(wěn)步發(fā)展意義非凡，因而日漸成為眾多開發(fā)者的關注要點。張力控制系統(tǒng)結構復雜，精度影響因素眾多，開發(fā)之路漫長。隨著張力控制系統(tǒng)的日益改進，相信其定會在印刷業(yè)發(fā)揮出巨大作用。