复卷机电控系统设计与调试Word格式文档下载.docx

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其示意如图6-1所示：

在复卷过程中，纸幅张力力图把纸卷拉向支承辊，使逐渐增大的纸卷得以稳定，并在高速卷取时能保证纸卷质量。

该类型复卷机还可运用变化两个支承辊的传动转矩差，结合压纸辊与纸卷间压区的压力调节，对纸卷质量作很好的控制。

这类复卷机的纵切机构安装在固定位置上，避免了轴向窜动，易于分卷；

并且大部分转动部件靠近地面，重心底，在高速运行中仍然保持稳定，因此它使用得较广泛。

且车速可达2500米/分。

幅宽达10米，能处理从低定量纸直到纸板等品种。

它的缺点是不易接近

图6-1双支承辊下引纸复卷机示意图

机台，不便于引纸和调整舒展杆，为此常常在机台下方设一地坑，使得操作工人易于接近，有时还装设自动引纸机构和远离控制的舒展杆，以克服其缺点。

本章的设计将主要针对双支承辊下引纸复卷机。

下引纸复卷机还有一些其它型式，因其易于接近纵切机构和舒展器以及容易分卷，故较多用于窄幅纸卷。

本章主要介绍的复卷机电控系统就是基于这种结构的。

3、单辊复卷机

单辊复卷机是一种专用机台。

该机主要用于超级压光纸和涂布机之前的纸幅整饰，切齐纸卷两侧端面，粘接断头，去除不合格纸张。

它有一个支承辊，纸卷支承于水平的导轨上，结构型式与圆筒卷纸机相似。

纸卷硬度靠气缸操纵的杆臂朝支承辊方向对纸卷加负载来控制。

4、专用复卷机

复卷特殊纸种如低定量印刷纸、压感纸、聚乙烯涂布纸、硅酮涂布纸、双面超压的美术纸和玻璃纸等时，要求较高。

在双辊复卷机上，纸卷与支承辊间的压力随纸卷直径的增大而增加，造成过大的纸卷硬度和其它纸卷疵病。

虽然这些问题可能借助压力悬秤机构将纸卷减重而在一定程度上有所克服，但还不能令人满意。

因此，其中一些纸种只能在双辊复卷机上复卷较小的纸卷，而另一些纸种甚至不能在双辊复卷机上复卷。

为了适应这些对硬度控制非常敏感的纸种，发展了各种类型的专用复卷机，如单辊双面复卷机、双辊双面复卷机，其共同点是纸卷的质量不支承在支承辊上。

5、薄纸复卷机

薄纸复卷机用于复卷薄绉纹纸，最多可同时卷取四层薄纸。

近年来，实现了在复卷部进行纸幅压光，所以复卷机演变成为包括退卷、压光和复卷的联合机组。

这种复卷机靠速差来复卷具有既定的起绉比率的绉纹纸，并且在复卷周期中保持恒定。

因此，它比普通的复卷机所需的传动精度要求更高。

薄纸复卷机按所用纵切机构的型式有两种不同的纸幅线路。

直到最近，薄纸复卷机都配用压切式纵切机构。

它便于调节分切宽度，其压溃作用对几层薄纸产生切边封口的效应。

随着车速和幅宽的增大，这种机构易发生下刀辊（砧辊）发颤的情况，因此，高速时，压切式纵切机构被剪切式纵切机构所取代，后者是不受车速影响的。

薄纸复卷机最好是采用大直径的卷纸轴以实现纸卷减重。

为了控制纸卷的紧密度并获得大直径纸卷，可以采用气缸控制的悬秤机构，以保证压区线压力恒定。

6.1.2纸卷的质量指标及控制要求描述

1、质量指标

不同类型的纸应选用相应类型的复卷机来进行复卷，复卷出的成品纸卷的质量指标不同，它们对复卷机自动控制系统的要求也是不同的,这一章将主要介绍的双支承辊下引纸复卷机的自动控制系统主要应用于复卷书写纸、静电复印纸、板纸等的复卷，对于这类纸种的成品纸卷的质量指标如下：

具有足够的硬度，而且内紧外松、径向硬度分布均匀，以保证纸卷在运输、储存过程中不变形、不崩裂，在印刷设备或其它加工设备上能平稳运行。

2、控制要求

复卷出的成品纸卷形态的优劣在很大程度上取决于复卷机性能。

一台完善的复卷机必需具备下列几种机能：

（1）压纸辊压力的自动程序控制；

（2）支承辊转矩自动程序控制；

（3）自动张力控制；

（4）电力驱动的“挠性”起动和适当的速度程序控制。

下面将分别从运行机理上分析这几种程序控制机构。

（1）压纸辊压力的调整机构

卷取过程中成品纸卷的直径在逐渐增大，成品纸卷的重量在逐渐增加，成品纸卷与两底辊的接触点也在改变，这就是说如果压纸辊施加的压力恒定的话，成品纸卷与两底辊的接触点之间的压力也在变化。

为此如果期望最佳的纸卷形态的话，就必须借释放压纸辊施加的压力负荷来补偿上述两项因素的影响，才能获得成品纸卷与两底辊的接触点之间的压力恒定的要求。

压纸辊的作用力对纸卷紧度有较大的影响。

压力调整机构的作用是保持纸卷与支承辊压区的压力稳定，约为1~1.2公斤力/厘米（约为1~1.2千牛/米），这就防止在初卷时因纸卷轴太轻而打滑以及在复卷后期因压力太大而卷得太紧。

对某些纸卷来说，压纸辊应是有自动控制的，以便对纸幅施加附加作用力。

从上面的分析可知，压纸辊压力一是保证纸卷与底辊间产生足够的摩擦力，而不至于打滑；

二是压纸辊压力将直接影响着纸辊硬度。

工艺要求必须保持压区压力恒定，但从后面对复卷机压区压力的分析将可以看出，为保证压区压力恒定，压纸辊液压系统释放的压力与成品纸卷直径之间的关系是非线性特性。

在没有调整压纸辊压力的悬秤机构时，纸卷和支承辊之间的线压力的增加速度稍慢于纸卷重量的增加速度，但它总是随着纸卷直径的增大而增加的。

在旧式复卷机上，压力悬秤机构是采用机械的悬秤装置。

为了增加悬垂力，而将重物悬在固定于横轴上的凸轮或偏心轮上，在该轴上装有链轮，用链条与压纸辊或纸卷轴连接，纸卷直径增大时，横轴就转动，使重物固定端的凸轮臂增长，这就能使悬秤力增加。

在新式的复卷机上，调整压力是自动程序控制的，它们采用气压式或液压式悬秤机构。

它包括有电气程序控制单元、电磁减压阀和悬称油缸等，改变悬称油缸内油压就可得到不同的悬秤力。

业已了解到，对许多种纸来说，仅仅有压纸辊压区压力的程序控制，还不能生产出质量良好的纸卷。

同样，适当的支承辊转矩的程序控制，也不能单独地完全达到目标。

只有压纸辊压区压力程序控制和支承辊转矩程序控制的适当配合，才能卷成从纸卷芯到外层硬度甚为均匀的纸卷。

（2）支承辊转矩程序控制

为了获得优质纸卷，支承辊转矩或速度控制必须满足适当的条件。

如使用速度控制，支承辊间速差幅度应小于0.2%，且当纸卷直径增大时，两支承辊的速度必须接近（1：

1）很多速差系统并未按此方案设计，故收效有限。

对许多纸种来说，在起动时要用正速差，使得卷芯处卷得紧，而在直径卷大以后又希望有负速差，使纸卷外层卷得松些。

如无精度高而配制适当的速差程序控制，是不能达到这种要求的。

在这里先要说明一句，这里说的速差控制是指的速度给定差控制，前后两支承辊的实际的速度其实是一样的，只不过因速度给定差的存在使得它们所承担的负荷不一样，因此，这里所说的速差控制实质上也是转矩差控制。

转矩的程序控制通常是控制前支承辊的转矩，其大小随着纸的品种而异，并需要在现场做实验来选定。

大概趋势是在起动时差不多全部转矩施加于前支承辊上，使纸卷绷紧，随着纸卷直径增大，前支承辊的转矩逐渐变小，后支承辊的转矩大于前支承辊，直到两支承辊的转矩相匹配为止。

然而，应当强调，转矩的程序控制最重要的还是起动时的转矩。

（3）张力调整机构

纸幅张力控制是保证纸卷形态的至关重要的因素之一，纸幅张力最重要的作用是展平纸幅，同时稳定的纸幅张力还将避免纸幅横向偏移。

纸幅张力的大小对纸卷硬度的影响并不是关键因素，因为压纸辊的压力以及前后底辊之间的转矩差对纸卷硬度有着更大程度的影响。

所以复卷机运行中通常是将纸幅张力调节到能保证使纸幅展平，至于期望纸卷具有较大硬度的话，可以采取增大压纸辊压力和增大前后底辊之间的转矩差来实现。

纸幅在复卷过程中，纸的张力大小主要由纸种来决定，通常为0.3~2公斤力/厘米（约为0.3~2千牛/米）。

正确地选用纸的张力能在一定程度上改善纸卷的质量，减小断头，保持复卷机工作稳定。

因此，复卷机的传动应自动地保持张力稳定，并能根据生产需要进行调节。

调节范围通常为1：

4，张力最大的波动值不应超过±

10%，最小张力为0.3公斤力/厘米左右（约为0.3千牛/米）。

纸幅纸力控制分为直接张力控制和间接张力控制两种，一般来说，直接张力控制精度高，需要安装张力传感器，投资较高；

间接张力控制方式不如直接张力控制精度高，投资较底。

两种不同的控制方式根据不同使用场合选用。

不管采用直接张力控制方式还是采用间接张力控制方式，为了防止升、降速时的瞬间机械设备通过纸幅突然发生倾斜，造成纸幅横向窜动或断头，必须能够预设静止张力。

对于要求高精度张力控制及高生产率的复卷机系统还应该考虑动态补偿环节，用以减小升降速过程中纸幅张力的变化。

张力调整机构有多种型式。

原始的张力机构是用手操纵制动器来获得张力的，因其操作复杂且张力大小不一致，仅适用于老式的低速复卷机上。

较完善的张力调整机构，在整个工作速度范围内，能自动检测并控制张力使之保持恒定，也就是前面所说的直接张力控制。

它基本上也可以分为两种：

一种是在退纸卷后面配置检查张力用的浮动辊，把纸的张力大小引起的辊筒的移动变为气压信号或电信号，由制动器进行控制；

另一种是在退纸辊的后面安装张力计，把张力大小转变成反馈信号与给定信号相比较，经过适当的调节器进行调节后，直接控制制动发电机的制动力矩进行自动张力控制。

本章将要介绍的复卷机电控系统，就是采用带有制动发电机的电气控制来控制退卷张力的。

在退纸辊运行时，退纸辊电动机实际上处于发电回馈制动状态。

为适应高速和大的卷径变化范围，也是为了克服张力大滞后给复卷机直接张力控制系统带来的不便，在采用直接张力控制时可增设采用前馈控制，这种方法可使复卷机获得良好的性能。

（4）电力驱动的“挠性”起动及适当的速度程序控制

为了使纸幅不承受冲击张力，减少不必要的断头，复卷机的起动总是希望越平稳越好。

给调速系统的转速电流双闭环前加入给定积分器，有利于复卷机的平稳起动，给定积分器的时间常数越大，系统起动越平稳。

所以给定积分器在复卷机传动系统中有着十分重要的作用，其积分时间常数可在较大范围内调整，以适应不同加工工艺的要求。

同样，复卷机在升速、降速时也总是希望速度变化越平稳越好，S型曲线升降速控制具有加速度的加速度为常数的特性，这正好符合复卷机在升速、降速时希望速度变化平稳的要求。

以上四点是为了满足复卷工艺，电控系统所必须具备的调节机能。

除此之外，复卷机对电控系统还有其它的要求，包括纠偏，自动检测到断纸后能紧急刹车，对液压站、气站的连锁控制，对圆刀的控制，计长等，这些方面在具体设计系统时都要考虑到。

前面的讨论都是围绕着要获得良好的纸卷形态而应有的控制要求及一般的控制方法，实际上厂家在选购复卷机时，复卷机的生产能力也是一个关键因素。

分析复卷机的生产能力时，要考虑到复卷机生产中的两个特点：

（1）复卷机的生产能力应与造纸机的生产能力相适应，否则将影响造纸车间生产的连续性。

（2）复卷机是一种间歇性生产机器，影响复卷机生产能力的主要因素是复卷机的纸宽、车速、辅助工序所需的时间和卷取纸卷的直径。

复卷机的幅宽是和造纸机相适应的，没有选择的余地。

复卷机的车速和辅助工序所需的时间（决定于复卷机的机械化程度）对其生产能力的影响，在不同的条件下是不同的。

对低速的复卷机提高车速能明显的增加其生产能力。

但对于高速复卷机，仅仅进一步提高其车速时，对其生产能力的提高没有明显的影响。

卷取纸卷的大小能够影响到复卷机中辅助工序所需时间的比例，因而也能影响到复卷机的生产能力。

现代化的复卷机车速已经很高，达2500米/分以上，但真正在最高车速下运转的时间是很短的。

相反，用在辅助工序上的时间所占的比重越来越大。

所以使辅助工序机械化，减小辅助工序所需的时间，对提高复卷机的生产能力是很有意义的。

由于电子技术的飞跃发展，高度自动化、智能化的复卷机已在国外问世，如分兰VALWET公司可提供车速2500米/分，除接头需要人工处理外，整个卷取过程能自动完成的复卷机，甚至改变分切规格都可自动完成，用在辅助工序上的时间非常短而且操作工人非常轻松。

显示出复卷机电气传动今后的发展方向。

6.1.3系统配置与控制方案

从以上对复卷机控制要求的分析可知，复卷机对主传动的控制精度要求很高，以前的复卷机电控系统由于当时水平的限制，大部分采用单台直流电动机带动前、后底辊，而退纸辊采用磁粉制动来产生退卷张力，压纸辊的压力要靠手动来调节，这样就不能实现对前后底辊自动转矩控制，对退纸辊制动力矩的控制、对压纸辊的压力控制都是不平滑的和不精确的。

当前复卷机电控系统的配制各式各样，可灵活的实现各种特殊要求。

为了能实现精确灵活的控制，双支承辊下引纸复卷机的前底辊、后底辊、退纸辊一般均采用有传动控制。

本章将主要介绍在各纸厂广范应用的双支承辊下引纸复卷机电控系统的配置及相应的控制方案。

从前面的分析已知，复卷时把原纸卷吊放在退纸架上，纸芯放在前后两底辊上，顶紧，系统在低速爬行状态下把纸从退纸辊上引过来经导辊引至纸芯上，粘贴好以后再让系统工作在车速较高的运行状态，所以系统有引纸和运行两种工作状态。

对应于复卷机的引纸与运行两种工作状态：

引纸时，两底辊和退纸辊都应工作在引纸低速电动状态，三个单元的线速度应基本一致，以保持一定的引纸张力；

运行时，要复卷出符和要求的纸卷，电控系统必须满足一定的要求：

（1）作为主传动单元的后底辊的转速决定着复卷机的总车速，前底辊的车速跟随后底辊，它们之间的控制还需考虑成品纸卷内紧外松的要求对前、后底辊的负荷分配控制。

（2）退纸辊的控制，在退卷过程中，退纸卷直径越来越小，要保持退卷张力恒定，退纸辊的制动力矩应随卷径的变化而变化，其外在表现是退纸辊车速随卷径的变化而变化。

（3）压纸辊压力的自动程序控制。

（4）为了使纸幅在加减速及起动过程中不受冲击张力，复卷机应有S型升降速控制。

从以上分析可知，复卷机自动控制系统的核心是对主传动的自动调速系统，所以从调速方式方面，一般可将复卷机自动控制系统分为两种配置：

一种是主传动为直流电机的直流调速电控系统；

一种是主传动为交流电机的交流调速电控系统。

无论采用哪种配置，对于主传动来说最终都要达同样目的，即：

（1）前、后底辊的传动中，底辊的转速决定着复卷机车速，需有以下几个功能：

最低引纸速度。

S型升降速特性。

前、后底辊之间的力矩差控制。

（2）退纸辊的传动主要是在复卷机运行中产生制动力用于保持纸幅张力，引纸过程产生电动力获得引纸速度。

且需有：

正向点动，反向点动。

静止张力给定。

间接或直接张力控制。

成品纸卷长度显示。

如选用的调速装置能实现智能控制，则可以利用这些调速装置直接组成较简单的复卷机电控系统。

如纸种对电控系统的控制性能及精度要求较高，或用户对复卷机的自动化程度要求较高，则系统还需配置可编程控制器和触摸屏。

由于直流调速装置与交流调速装置的控制方法不同，调速性能也不同，因此在实现以上特定要求的时候，电控系统的控制方案也大相径庭。

接下来的几节中，将分别对它们进行详细介绍。

6.2应用于复卷机主传动控制的直流传动装置简介

直流电机具有良好的起制动性能，宜于在广泛范围内调速，而且人们对直流调速技术的认识比交流调速早，在理论上和实践上都比较成熟，因此，在国内的大部分复卷机主传动都是采用直流电机。

以前的复卷机大都采用分立元件组成的直流调速装置，用模拟电路进行控制，控制精度低，维修量大，而且很难实现智能控制。

对于复卷机传动控制系统，它的前、后底辊，退纸辊的负载在卷纸退卷过程中是个时变的、非线性的量，采用模拟控制方法遇到了困难。

主要有三点：

（1）模拟调节器的参数是固定的，难以适应系统参数的大范围变化。

（2）用模拟器件难以实现记忆存储和复杂的计算。

（3）模拟控制方式难以实现非线性控制规律、自适应控制规律和自寻优控制规律。

目前，各种品牌的数字式直流调速装置已大量使用，这些装置在主电路上采用模块化结构，在主控回路用的多是集成化电路，再加上微处理机存储记忆、计算、判断、通讯功能、内部数字化量的传递与控制等，使得装置不仅工作稳定可靠，而且可根据实际需要对装置的控制参数进行适当的修改即组态，以达到我们所需要的控制性能。

目前国内外各品牌直流调速装置较多，各纸厂应用较多的有欧陆590、西门子、ABB，它们在整流主电路及主控电路等硬件配置上大同小异，只是在软件设计上各有特色。

本节主要以在国内应用较为广泛的欧陆590为例，介绍应用于复卷机主传动控制的直流直流调速装置。

6.2.1590总体介绍

590控制回路由微处理机中心控制，采用许多可根据实际要求自由搭配的功能模块，还可实现转速环及电流环的参数自整定或手动整定。

590电动机速度控制装置，是作为与配套控制设备安装在标准箱内的部件而设计的。

控制装置使用交流110V到500V的3相标准电压，提供直流输出电压和电流，用于电枢和励磁，适用于直流他激电动机和永磁电动机的控制。

590系列的控制，是用16位微处理器实现的，它具有许多先进性能：

（1）复杂的控制算法，这是简单的模拟技术无法实现的。

（2）标准软件模块与可组态的软件控制电路相结合。

（3）通过串行线路，可与其它传动装置或主计算机通讯，能构成先进的过程系统。

电动机电枢控制装置，有再生和非再生两种型式。

非再生控制装置，由一个全控晶闸管桥构成，具有瞬态过载保护和配套的电子控制电路；

在一个选定旋转方向上，提供精确的速度和（或）转矩控制。

再生控制装置，由两个全控晶闸管桥和高级的电子控制装置构成，在两个旋转方向上，能控制加速和减速，以及速度与转矩。

各种形式的电枢控制装置，都配备励磁调节器作为标准部件。

该调节器，由一单相全波半控晶闸管构成，有瞬态过载保护。

该调节器提供固定的电压源或电流源，取决于所选择的恒转矩运行方式。

励磁电流工作方式，还可以进一步得到加强，以便为要求扩大速度控制范围和恒功率控制的系统，提供一个削弱磁场的范围。

控制电路与电源电路完全隔离，从而简化了系统内部控制装置之间的接线，并改进了操作安全性。

控制电路自动调节，可接受40—70HZ范围内的电源频率，而具有抗电源干扰的性能。

电枢控制装置，不受相序旋转的影响。

所有装置都设计为使用插销的简单而又经济的面板安装方式。

如需要从面板上取下控制装置，因采用插入式接插件，拆除和重新接线都得到简化。

在整个范围内，凡是可能的地方，都采用标准化零部件，因此可减小维持多传动系统运行所需的备件品种。

例如，不管功率和晶闸管桥配置如何，控制装置都采用相同的控制触发电路印刷电路板。

起动和确定故障（控制装置内部及其外部），由于有人机接口显示，极为方便，它自动显示第一次故障。

显示也是强有力的诊断工具，可观察控制装置内的所有报警、输入和主要软件块。

前面板上的发光二极管显示，可即时指示传动装置和主要输入输出的状态。

6.2.2590硬件配置

1、主回路

（1）电枢回路

590控制回路由微处理机中心控制，采用许多可根据实际要求自由搭配的功能模块，还可实现转速环及电流环的参数自整定。

电枢回路由以下两种方式之一组成：

4象限可逆驱动直流逆变二桥反并联；

2象限单向运转，六只可控硅组成正向桥路。

在2象限晶闸管桥的情况下，由3个模件提供6个晶闸管，构成一个整流桥。

每个晶闸管都由触发门阵列单独控制，用脉冲变压器进行电压隔离。

这种整流桥有两种抑制方式，一种是用RC网路限制晶闸管上的电压上升速率，从而减小虚触发的可能性；

另一种是用压敏电阻（VDR），把施加的最大电压保持在晶闸管额定值的极限内。

4象限有一附加的反向逆变控制，逆变桥与整流桥反向并联，以提供再生制动能力和反向运转能力。

这就可给我们的退纸辊提供灵活、方便的制动控制，因为退纸辊在爬行时需要工作在低速电动状态，在运行过程中需工作在制动力可自动调节的发电制动状态。

电枢桥内部不安装半导体熔断器保护，而是在外部由用户提供。

电枢桥采用电子电路控制保护防止电流过载；

外部要安装熔断器，进行短路保护。

（2）励磁桥

励磁电源是由一半控桥晶闸管整流桥产生的，它用两种方法控制励磁。

一种是电压控制，即简单的相位角控制，输出是一可变电压源；

另一种是用闭环电流控制。

闭环电流控制可精确调节励磁电流，从而防止电流随网路电压变化，或励磁电阻热变化而变动。

如控制器要通过削弱磁场的方法扩展速度运转范围，就必须使用闭环电流控制。

（3）反馈

控制器对电动机所需的所有参数都可实现闭环控制。

因参数要控制，就必须向控制器提供反馈。

电流反馈形式是电枢电流；

这是用3个交流互感器监视晶闸管桥的相电流而实现的。

交流反馈被整流后，通过适当选择的电阻，就可得到所需的电流电平。

速度反馈有以下三种，可选择其中的一种：

直流测速发电机。

编码器。

电枢电压

直流测速发电机、编码器，是直流电动机外部安装的部件；

控制器内有一电路为速度反馈进行换算。

用于速度控制和削弱磁场控制的电枢电压反馈，是内部提供电路完成；

它通过精确的高阻抗分压器提供一个隔离的信号，连接标准放大电路。

励磁部分也有一电流反馈，也是用电流互感器监视交流电流信号。

各种形式的反馈，都由安装在校准板上的内部校准电阻，换算为用户所需的电平。

（4）辅助电源和主接触器

控制器电源是取自交流辅助电源的输入端，辅助电源通过变压器、整流器电路，形成低压电源。

在需要控制动作时，辅助电源必须一直接通，之间不必安装附加的开关。

控制器需要一电源接触器，直流、交流都可以，与主回路电源串联，以保证正确的合闸顺序。

这一接触器由微控制器通过隔离继电器直接启动；

隔离继电器用于辅助电压相同的电压驱动接触器线圈。

不应有辅助触点与接触器线圈串联，这样会造成控制顺序问题。

如使用直流接触器，直流接触器的辅助触点，应连接“使能”输入端，以保证正确的顺序。

2、控制电路

（1）微机控制

采用一个16位的微控制器，来完成大多数控制功能，附加的硬件提供微控制器的支援，或为输入输出数据提供微控制器的支援，或为输入输出数据提供接口或换算。

（2）程序或数据的存贮

微控制器有3种存贮信息：

64K字节的EPROM

16K字节的RAM

8K字节的