趙善通
一、引言
隨著我國包裝工業(yè)的快速發(fā)展,瓦楞紙箱印刷成套設(shè)備行業(yè)已經(jīng)有了翻天覆地的變化,形成了一個基本的產(chǎn)業(yè)架構(gòu),基本上適應(yīng)了我國瓦楞紙箱行業(yè)的發(fā)展。帶鋼糾偏控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)是提高整線自動化程度的關(guān)鍵設(shè)備,具有自動化程度高,使用壽命長,提高成品率等特點,開發(fā)并產(chǎn)業(yè)化既是國內(nèi)外市場對高效、節(jié)能瓦楞紙板包裝機械的強烈需求所致,也是提高國產(chǎn)紙箱包裝機械的技術(shù)水平,提高我國裝備制造業(yè)國際競爭力的必需。
二、系統(tǒng)設(shè)計
帶鋼在運行中自行偏離生產(chǎn)線的中心,向輥子的一側(cè)移動,稱為帶鋼“跑偏”。理想情況下,帶鋼在輥子上行走,只要帶鋼和傳送輥表面有接觸,并在一定的摩擦阻力界限內(nèi),那么帶鋼的張力是平均分布的,即當帶鋼靠上輥子時,帶鋼就會垂直于輥子的中心軸行走。
帶鋼在運送輥上行走,如果傳送輥是相互平行的,帶鋼與輥子之間接觸在摩擦阻力界限之內(nèi),帶鋼平直,斷面薄厚均勻,則作用在帶鋼上的張力分布均勻。這樣,帶鋼在輥子上行走就不會“跑偏”。但實際上在帶鋼的運送上,會有各種擾動,從而帶鋼在運送中的“跑偏”。
主要影響因素有:帶鋼斷面不均勻的影響(帶鋼鐮刀彎)、輥子幾何形狀的影響、兩運送輥軸向不平行的影響、輥面質(zhì)量的影響、來料鋼卷邊緣部分影響等,總結(jié)起來都是由于受力不均引起,且極具隨機性,跑偏是不可避免的。帶鋼邊緣跑偏不僅使帶卷邊緣無法卷齊,而且會使帶鋼邊緣碰撞、刮壞設(shè)備并造成嚴重的斷帶停產(chǎn)事故。因此,為確保帶鋼在作業(yè)線上在一定的橫向誤差范圍內(nèi)對準機組中心線(或設(shè)定位置),帶鋼的位置糾偏控制成為帶鋼連續(xù)作業(yè)線上必不可少的環(huán)節(jié)。例如,在帶鋼軋制、酸洗、退火、鍍錫、鍍鋅等機組中,很多的地方設(shè)立糾偏裝置。
針對以上問題,本項目設(shè)計一種帶鋼糾偏控制系統(tǒng),由于生產(chǎn)線工況條件惡劣,振動大、噪聲強、溫度高、污染嚴重,所以對控制系統(tǒng)的要求必須有非常高的可靠性和處理速度。為此我們在系統(tǒng)設(shè)計中需采用特殊的光電傳感器檢測帶鋼偏移信號,控制器采用計算機控制系統(tǒng)和智能PI控制算法,以減小和消除超調(diào),加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng);執(zhí)行機構(gòu)采用電液伺服閥控制液壓缸,推動卷取機跟隨鋼帶。原理圖如圖1所示:
控制算法采用智能PI算法,優(yōu)化控制性能,這是該控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分;光電傳感器采用特殊頻率電源,提高抗干擾性能,有利于提高控制精度;該系統(tǒng)實現(xiàn)鍵盤自給定系統(tǒng),在帶鋼寬度變化時自動調(diào)節(jié)光電傳感器的光電頭可以實現(xiàn)帶鋼邊緣位置的準確定位。
三、數(shù)學(xué)建模
目前,一些控制系統(tǒng)在正常工作情況下是穩(wěn)定的,但是調(diào)節(jié)時間偏長,而且在受到強干擾,控制性能有可能劣化,并且系統(tǒng)有很大的超調(diào)和震蕩,所以需要設(shè)計更為可靠的控制器。本項目建立一種新的帶鋼糾偏控制系統(tǒng),具體如下:
(1)由理論推導(dǎo)伺服閥的傳遞函數(shù):
(2)開發(fā)適合于瓦紙板生產(chǎn)線環(huán)境的電子感應(yīng)組件。
通過試驗,開發(fā)出性價比更好更高的,適用瓦楞紙板生產(chǎn)線工作狀況的糾偏電子感應(yīng)組件。
(3)設(shè)計框架式張力控制整體糾偏的機械結(jié)構(gòu),使反應(yīng)速度達到250米/分鐘的高車速。
由于生產(chǎn)線需要連續(xù)長時間生產(chǎn),機械需要根據(jù)電器系統(tǒng)反饋的信息進行相應(yīng)的動作來完成糾偏工作,在連續(xù)高速運行的情況下,對機械和執(zhí)行機構(gòu)是一種高難度考驗。
(4)根據(jù)紙板跑偏的方向、角度、速度等主要參數(shù),設(shè)計精準糾偏控制算法,最終達到高速自動糾偏。
紙張運動過程中的左右運動趨勢的提前判斷是復(fù)雜的。必須經(jīng)過多次現(xiàn)場生產(chǎn)實驗,來確定糾偏控制算法。
(5)根生產(chǎn)線實時的張力需要,設(shè)計一款自動張力控制的六點剎車機構(gòu)。
六點剎車張力自動控制,采用機械彈簧式卸載張力,氣動自動調(diào)壓閥式張緊,合理處理紙張的張力大小。
四、系統(tǒng)實現(xiàn)
糾偏控制系統(tǒng)如圖2所示,主要包括有:糾偏框架、機電驅(qū)動器、感應(yīng)器、卷材控制器等部件,通過監(jiān)測紙板的寬度并將結(jié)果進行數(shù)字信號或者模擬信號輸出,從而連接現(xiàn)場總線控制,杜絕紙張在生產(chǎn)時出現(xiàn)偏向而出現(xiàn)廢品高,更避免由于張力的太松或太緊而出現(xiàn)斷紙或粘合不良等現(xiàn)象,使整條流水線生產(chǎn)更流暢。實現(xiàn)現(xiàn)場如圖3所示。
五、結(jié)語
本項目自主設(shè)計一種新的帶鋼糾偏控制系統(tǒng),控制器對模型的依賴性較弱,在系統(tǒng)的模型不斷變化中也能得到較好的效果,并達到紙張糾偏精度= ±2 mm,速度達到250米/分鐘。操作者僅僅需要將原料紙板從起始位置送上橋架然后啟動糾偏系統(tǒng)作業(yè)即可,無需任何調(diào)整和變動,可有效降低瓦楞紙板的廢品率,增加產(chǎn)量,節(jié)約成本,為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。
(作者單位:肇慶市科技中心)