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張堅強 （1974-）
男，畢業于昆明理工大學工業自動化專業，主要研究方向為工業自動化系統的應用。

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

關鍵詞：張力與同步；控制技術

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，簡稱凹印機，又稱凹版機。是將雕刻在印刷滾筒表面的凹陷圖文浸沒在油墨槽里轉動，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完成印刷。具有層次豐富、色澤鮮明，適用的介質多（如薄膜、紙張等），適應范圍廣泛，耐印性好、印速高等特點，深受業內青睞。根據顏色的分類，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

    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來完成，變頻器僅起驅動作用。

    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間往往達到甚至超過30ms的時間，再輸出到變頻器就會有些響應滯后，影響了其控制精度；

    （2）由于變頻器調速時接收的信號是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驗，克服以上傳統方案的缺點，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的常規功能，還集成了智能控制技術。使變頻器同時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 方案優點

    （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須經過PLC運算的中間環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PLC的一個晶體管脈沖輸出信號，所發送脈沖數量為相關參數的設定值，發送完成后變頻器有一個應答輸出到PLC當中。這樣即可完成PLC與變頻之間信號發送與接收，程序簡單。

    （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易化，可靠性增強。

    （4）系統的維護變得更加簡易與方便。

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凹版印刷機的主流產品，具有自動切料、接料的特點。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調節擺桿的氣壓來實現，如圖1所示。

3.4 凹印機系統控制接線圖

3.4.1 PLC接線圖（如圖2所示）

                                   圖1  工藝流程圖

                                    圖2   PLC接線圖

3.4.2 變頻控制接線圖（如圖3所示）

                                    圖3   變頻器控制接線圖

3.5 工作過程說明

    系統啟動后，主機為零速，變頻的零速張緊功能起作用，可令各環節的擺桿處于平衡位置狀態。此時通過加減速按鈕來增加或減少主機的速度，主機速度通過模擬量輸出口AO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，擺桿的擺動變化作為張力反饋信號，形成張力閉環反饋的速度控制。雙收卷與雙放卷一般都是只有一個在運行的，當前是哪個運行由PLC選定控制，放卷只有在換卷時，兩個放卷變頻才同時工作，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外，還與當前的卷徑大小有關。這樣既可以實現速度的同步控制，又可以實現張力的恒定。

    關于脈沖通訊：

    以上系統運行前，先通過觸摸屏設定相關的印版外徑、放卷的初徑。由于所采用的PLC是晶體管輸出型的，PLC可通過YO的脈沖輸出通道，發送3K以內不同脈沖頻率的脈沖數到變頻器的高速脈沖輸入口中，相關變頻所設置接收脈沖頻率不一樣，這樣變頻就可接收到PLC發來的相應脈沖頻率的脈沖數作為相關參數的給定。這些參數以及計長、翻轉預設參數等，均可通過觸摸屏進行設定，如圖4所示。

                                   圖4   參數設置界面

3.6 調試過程與參數設置

    （1）裝好編碼器，斷開電機負載。

    （2）電機參數設置

    根據電機銘牌參數設定到P2組相關參數當中。

    進行參數自學習過程：將P0.17 設成1，顯示“RUN-0”，再按鍵盤“RUN”鍵，電機自動運轉，待鍵盤重新閃爍顯示頻率值時，參數自學習完成。

    用鍵盤起動，有編碼器的請將P0.00設成1，編碼器線數輸入P3.10，修改P0.10頻率值，觀察零速0.00Hz，低速0.50Hz，中速20.0Hz，高速（最大頻率值）時電機運轉是否正常，運行電流是否平穩，如果不正常請重新進行參數自學習。

    （3）設置主機、前牽引、后牽引、收卷、放卷等各項參數。

3.7 常見問題與處理技巧

    （1）張力過松或過緊

    調節各擺桿氣缸的氣壓。不同材料應設置不同的氣壓大小。調整時可通過搖動擺桿力量的大小來設定氣壓。

    （2）收放卷初始運行時狀態不穩定或主機部分張力異常

    觀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、收卷在手動卸料時是否卷徑清零。

    （3）變頻器在低頻工作時抖動，電流波動較大

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