摘 要：采用S7-200型PLC作為控制核心,，以直流電動機和磁粉制動器為執(zhí)行元件,，實現(xiàn)了對JHML-T1000濕式復合機運行過程的恒張力控制" title="張力控制">張力控制。系統(tǒng)控制過程包括按放卷控制,、貼合控制,、印刷控制、卷取控制四個部分。軟件采用模塊化設計思想,，程序結構清晰?，F(xiàn)場運行表明，系統(tǒng)運行正常,，性能良好,。
關鍵詞：可編程序控制器;恒張力" title="恒張力">恒張力控制;直流調(diào)速;磁粉制動器
Abstract: This paper introduces design of a strain control system applying in JHML-T1000 complex machine based on PLC. Its core control unit is SIMENS S7-200. Its executors are DC motor and magnetic particle clutch. The system implements constant strain control. All controls include rolling-down control, jointing control，printing control and curling control. The soft –ware of controls is clear in frames with models.
Key words: PLC; constant strain control; adjusting speed by DC; magnetic particle clutch
0 引言
　　某印刷廠的臺灣產(chǎn)JHML-T1000型濕式復合機原有的微機控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng),采用各種板卡（信號采集輸入卡,、各種控制輸出卡,、張力控制板、顯示卡等）和總線的分散控制結構,。因年代久遠和生產(chǎn)環(huán)境的影響以及沒有對生產(chǎn)過程實施有效的張力控制,，引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。導致產(chǎn)品質量和產(chǎn)量下降,。張力控制是整機的核心,，也是影響產(chǎn)品質量的主要因素。在復合過程中,，張力控制得當,，就不會產(chǎn)生縱向或橫向的褶皺，材料本身不會發(fā)生塑性形變,。在印刷過程中,，只要張力穩(wěn)定，印刷的套準精度和廢品率就很容易控制,。機器速度越高,，張力控制就顯得越重要。要得到高質量的產(chǎn)品,，就必須配備功能完善的張力控制系統(tǒng)" title="張力控制系統(tǒng)">張力控制系統(tǒng),。因此，對該復合機張力控制系統(tǒng)進行了全面的技術改造：用PLC為核心的控制系統(tǒng)取代原有的微機控制系統(tǒng),，以期對該設備進行穩(wěn)定可靠的張力控制,，從而滿足生產(chǎn)工藝的需要。
1 系統(tǒng)介紹
　　復合機張力控制系統(tǒng)結構如圖1所示,。整個系統(tǒng)分為放卷,、張力從動控制和復合、印刷與卷取主動控制兩部分,。


　　1.1 放卷張力從動控制
　　放卷張力控制分為兩段,，即紙料與復合輥之間的張力控制和鋁箔料與復合輥之間的張力控制。放卷時均采用被動式的恒張力放卷,，因此放卷過程中隨著卷徑的減小,，張力要保持基本恒定,，就要由磁粉制動器通過調(diào)節(jié)傳動力矩來滿足張力恒定的要求,。同時因為這兩段的距離比較短,，所以張力初始值的設定要小一些。值得注意的是,，料卷越重,，放卷張力就越大;卷徑相同時，料卷越寬,，張力越大,。
　　1.2 復合—印刷—收卷張力控制
　　復合—印刷—收卷張力是由復合輥、印刷輥和收卷輥之間的速度差造成的,。在復合機中,，通過調(diào)節(jié)復合輥電機、印刷輥電機和收卷輥電機的速度輸出來達到調(diào)節(jié)這部分的張力,。除了受速度差的影響外,，還與實際基材的伸縮率、厚薄變化,、干燥溫度,、高燥區(qū)長度、料帶的傳輸速度等因素有關,。如果基材的伸縮率越大,，在張力作用下越容易變形，所以應針對不同材質的基材適當調(diào)整整流輸出,，改變速度差,，從而得到一個合適的張力值。如果基材厚度不均勻,，復合輥和印刷輥的壓力就會波動,，從而造成速度的變化，也影響了張力,。如果這部分的張力太小,，就會出現(xiàn)褶皺，甚至造成堆積現(xiàn)象,。但也不能過大,，張力太大會使料帶發(fā)生變形，甚至出現(xiàn)縱向皺紋,。
2 系統(tǒng)方案
　　針對原來工控機系統(tǒng)分立板卡結構的缺陷,，采用以PLC為核心的張力控制系統(tǒng)，數(shù)字量輸入輸出采用CPU226自帶的輸入輸出和數(shù)字量擴展模塊EM221的8路輸入和EM223的16路輸入/16路輸出實現(xiàn);模擬量輸入采用EM235模塊,，模擬量輸出采用EM235模塊和EM232模塊,。系統(tǒng)總體結構框圖如圖2所示,。利用2臺磁粉制動器控制放卷過程的張力，4路張力檢測器實現(xiàn)各段張力的檢測輸入,，3臺直流調(diào)速器" title="調(diào)速器">調(diào)速器實現(xiàn)對3臺拖動直流電機的控制,，最后通過PLC完成系統(tǒng)的邏輯控制。


3 系統(tǒng)硬件
　　在張力控制系統(tǒng)的設計中,，采用西門子S7-200系列小型PLC作為邏輯控制核心,，通過它來控制復合機生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)。通過對磁粉制動器和直流拖動電機的控制,，實現(xiàn)生產(chǎn)過程恒張力控制,。根據(jù)復合工藝流程順序，整個張力控制系統(tǒng)也可以按不同工藝過程分為如下4個部分來處理,。
　　3.1 放卷控制
　　1,、 放卷過程結構
　　放卷過程張力控制分為兩段：紙料與復合輥之間的張力控制和鋁箔料與復合輥之間的張力控制。放卷采用被動式的恒張力放卷,，因此放卷過程中隨著卷徑的減小,，張力要保持基本恒定，就要由磁粉制動器通過調(diào)節(jié)制動力矩來滿足張力恒定,。張力傳感器檢測負載張力,，經(jīng)過張力信號放大器以后，送到控制器中,?？刂破骶C合給定和反饋張力，輸出控制信號,，經(jīng)功率放大器驅動磁粉制動器作用到卷軸,，形成張力閉環(huán)控制系統(tǒng)。
　　2,、 輸入輸出信號
　　放卷過程輸入輸出信號流如圖3所示,。裝在張力感應輥兩端的張力傳感器把感應壓力轉換為電壓信號，經(jīng)過放大變成0～10V標準信號,，輸入PLC模擬量輸入口,。在張力控制過程中，給定值與反饋值比較后,，得到一個張力偏差量e（t）,，經(jīng)PID算法子程序" title="子程序">子程序處理后，獲得控制量u（t）,，經(jīng)功放后驅動磁粉制動器,，以此控制剎車的制動電流大小，進而控制剎車輸出制動轉矩,，從而使放卷張力維持在一定的范圍,，實現(xiàn)張力的恒定,。


　　3.2 貼合控制
　　紙料和鋁箔料放卷以后，在牽引力的作用下,，分別以料帶形式經(jīng)過導輥,。在貼合操作之前，先要進行涂布,。涂布就是在料帶上涂上類似于膠水的化學物質,，這樣才能進行貼合。涂布以后的紙料和鋁箔料在牽引力作用下進入貼合輥,，在貼合輥和貼合輪的壓力和涂布膠水雙重作用下，紙料和鋁箔料被緊緊地粘在一起,，完成貼合過程,。貼合過程對PLC說是開環(huán)的。但直流調(diào)速器與直流電動機之間是轉速,、電流雙閉環(huán)的邏輯無環(huán)流控制,，這樣就保證了電機速度控制的精確性和穩(wěn)定性，所以對直流調(diào)速器—直流電動機系統(tǒng)來說,，仍然是閉環(huán)控制,。PLC僅僅提供一個速度給定值。
　　3.3 印刷控制
　　復合以后的料帶通過導輥進入印刷單元,，在經(jīng)過一系列印刷工序處理以后,，在牽引輥施加的牽引力作用下，從印刷單元出來,，進入下一道工序,。在這個過程中，首先是傳感器采集到的張力信號先經(jīng)過信號變送器的處理,，然后進入張力控制器的反饋輸入端,。在與張力給定值進行比較以后，輸出控制信號,，控制直流調(diào)速器的工作,。直流調(diào)速器根據(jù)張力控制器的輸出，來控制直流電動機的轉速,，完成印刷過程張力的閉環(huán)控制,。控制器輸入有張力反饋輸入和給定輸入,，控制器輸出為速度控制輸出,。輸入輸出信號流圖4所示。


　　3.4 貼合,、印刷,、卷取過程電機拖動電路
　　該系統(tǒng)的電機拖動,，采用了SIEMENS公司的SIMOREGK 6RA24型全數(shù)字直流調(diào)速裝置作為直流拖動電機的驅動、控制裝置,。調(diào)速系統(tǒng)有4個模擬量輸入口,，5個模擬量輸出口，8個開關量輸入和4個開關量輸出口,，其裝置軟件很容易替換,。使用相當方便。
　　由于復合機只有短時的正反轉,，其余均為正轉,，其短時正反轉（點動）可以由接觸器來解決。故選擇單相限調(diào)速器,。數(shù)字化調(diào)速器的控制功能是靠軟件來實現(xiàn)的,，所以必須進行參數(shù)設置。本系統(tǒng)對控制精度無特殊要求,，不使用測速接口,。
4 系統(tǒng)軟件
　　控制系統(tǒng)主程序流程圖如圖5所示。


　　主程序首先是初始化,。PLC開機首次掃描,，運行開機初始化子程序，通過調(diào)用該程序完成系統(tǒng)存儲器有關數(shù)據(jù)的初始化,。然后是電源和故障檢測輸入部分,。如果電源關閉，則程序運行直接轉向結束,，程序執(zhí)行完畢;如果電源打開,，則程序開始檢測故障輸入。如果沒有故障,，則繼續(xù)下面的掃描;如果發(fā)現(xiàn)故障,，則調(diào)用報警子程序，然后程序轉向結束,，程序執(zhí)行完畢,。然后是自動/手動選擇。手動操作僅用于調(diào)試設備,，而自動操作才用于生產(chǎn),。如果是手動，則調(diào)用手動操作子程序,。接下來是運行與停車判斷,。當輸入是停車時，則程序執(zhí)行停車子程序;當輸入是運行時,，則程序執(zhí)行運行過程,。緊接著就是變速操作,。如果系統(tǒng)給定發(fā)生變化，則運行變速子程序,，使系統(tǒng)不斷靠近而最終達到新的系統(tǒng)速度,。最后是張力的PID調(diào)節(jié)部分。該部分通過控制2臺磁粉制動器和2臺直流電動機,，完成系統(tǒng)的張力控制,。
5 結束語
　　本系統(tǒng)利用SIEMENS S7-200小型PLC作為控制核心，實現(xiàn)了對現(xiàn)場信號的輸入和系統(tǒng)的實時控制,，保證了響應的穩(wěn)定性和快速性,。軟件設計采用模塊化設計思想，程序結構清晰,，為以后的維護和改進帶來了方便,。張力控制系統(tǒng)是整機運行的核心，也是影響產(chǎn)品質量的主要因素,。運行結果表明，該復合機張力控制系統(tǒng)運行正常,，性能良好,。
參考文獻：
　　[1] 卓如飛.高速紙機卷取部的張力測量和控制[J].紙和造紙,2001,5:23～24
　　[2] 陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)（第2版）[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004
　　[3] 唐國蘭,陳凌珊,吳云忠.基于變頻器的張力控制及應用[J].包裝與食品機械,2003,5:34～36
　　[4] 韓翠艷,李大綱.干式復合機張力控制的研究[J].包裝工程,2004,4:184～186
　　[5] 王思刊.磁粉離合器在控制系統(tǒng)中的應用[J].電氣傳動自動化,1999,4:40
　　[6] 周曉平,姜建芳,蘇少鈺,陳迅.S7-200系列PLC與監(jiān)控計算機通信實現(xiàn)的研究[J].微計算機信息,2004,1:5～7
　　[7] 劉世良,劉飛.凹印機張力控制系統(tǒng)及其應用[J].印刷技術,2000,7:30～32
　　[8] 劉惠一.西門子6RA24直流調(diào)速器在印刷機上的應用[J].印刷技術,2000,10:23～25
　　[9] Wei-Der Chang and Jun-Juh Yan.Adaptive robust PID controller design based on a sliding mode for uncertain chaotic systems[J].Chaos, Solitons & Fractals. 2005,10:66～68
　　[10] 鄧忠華,郭應鋒.套色印刷機械中恒張力控制策略的研究[J].輕工機械,2004,3:15～17