基于591全數(shù)字直流調(diào)速裝置實現(xiàn)造紙機的張力控制

祝建榮

（上海臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)經(jīng)濟發(fā)展有限公司，上海，201306）

造紙壓光機和卷紙機處的紙幅含水量已達到成紙的含水量，紙張的伸縮率很小，允許的速差非常小。在后干燥部與壓光機之間、壓光機與卷紙機之間，速差即使出現(xiàn)很小的偏差，也會產(chǎn)生紙幅波動。紙機車速調(diào)得稍快，造成張力太大引起斷紙；反之紙機車速調(diào)得稍慢，紙幅卷得太松，影響卷紙質(zhì)量。圖1為干燥部、壓光機及卷紙機傳動示意圖。

圖1 干燥部、壓光機及卷紙機傳動示意圖Fig.1 Schematic diagram of the transmission of the drying section,calender and reel

1 張力控制原理

以某分部傳動點前紙幅張力設(shè)定值為輸入信號Input1，該傳動點直流電機電樞電流Ia為輸入信號Input2，送入其傳動調(diào)速系統(tǒng)中的PID 調(diào)節(jié)器輸入端，其輸出量Output 作為該傳動點速度給定信號的附加量。以卷紙機為例，卷紙機是造紙機最后一個分部傳動，靠卷紙輥與卷紙缸之間壓力產(chǎn)生的摩擦力作用帶動紙幅均勻卷取。卷紙機上紙卷對卷紙缸有一恒定壓力P，并保證紙卷和卷紙缸之間的摩擦力大于紙張張力，避免卷取時卷缸和紙幅之間打滑，這樣卷缸卷取力矩。其中：TP為卷缸卷取力矩；F為紙張張力；T為電動機電磁轉(zhuǎn)矩；CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)；φ為磁通量；d為卷缸直徑；i為傳動比；Ia為電樞電流；K為綜合常數(shù)。由此可見，紙張張力F與電樞電流Ia成正比關(guān)系：F∝Ia。

張力設(shè)定值取自電位器分壓值信號（正信號），Ia為系統(tǒng)中的電樞電流（負信號），當調(diào)速系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器輸入信號Input1 和Input2 處于平衡狀態(tài)時，PID 輸出量為某一穩(wěn)定值。當張力設(shè)定值增大，Input1 和Input2 平衡狀態(tài)破壞，PID 輸出量發(fā)生變化，速度給定信號的附加量增加，使得卷紙機增速，Ia增大，直到Input1 和Input2 重新處于平衡狀態(tài)，PID 輸出量為一個新的穩(wěn)定值。反之當張力設(shè)定值減小，Input1和Input2平衡狀態(tài)破壞，PID 輸出量發(fā)生變化，速度給定信號的附加量減小，使得卷紙機減速，Ia減小，直到Input1 和Input2 重新處于平衡狀態(tài)，PID 輸出量為一個新的穩(wěn)定值。這樣通過PID 調(diào)節(jié)器的輸出量疊加到主速度給定信號作為卷紙機速度給定值的一個組成部分，在小范圍內(nèi)控制速度，從而調(diào)節(jié)Ia大小，實現(xiàn)卷紙機的張力控制[1-2]。

2 基于591 全數(shù)字直流調(diào)速裝置內(nèi)置PID 功能模塊實現(xiàn)造紙機分部傳動的張力控制

圖2 為591 全數(shù)字直流調(diào)速裝置內(nèi)置PID 功能模塊方框圖。其輸入信號：PID 的2 個輸入端（輸入1和輸入2），系統(tǒng)預設(shè)為不連接任何信號，可通過人機接口上下箭頭調(diào)節(jié)；如果需要連接設(shè)定值或來自其他源的反饋信號，那么這些信號的目的標記號指向410和411，即連接PID的輸入1和輸入2。輸出信號：系統(tǒng)為PID 輸出預設(shè)的目的標記號是0，這意味著這一模塊不工作，除非它的目的標記號為非0，指向其他目標是速度設(shè)定值。

圖2 591全數(shù)字直流調(diào)速裝置內(nèi)置PID功能模塊方框圖Fig.2 Block diagram of the built-in PID function module of the 591 all-digital DC speed control device

以卷紙機為例，基于591 全數(shù)字直流調(diào)速裝置內(nèi)置PID 功能模塊可以實現(xiàn)張力控制。在PID 功能模塊投入工作前，必須重新設(shè)置相應的參數(shù)。PID功能模塊中設(shè)定參數(shù)：輸入1[410]取自調(diào)速裝置模擬輸入端A2（張力設(shè)定值），設(shè)置ANIN1（A2）目的標記號[240]=410，模擬輸入端A2 外接操作臺上的張力電位器中心頭，接線端B3（+10 V）外接張力電位器2 個引腳中的1 個引腳，接線端B1（0 V）外接張力電位器2 個引腳的另一個引腳；輸入2[411]取自電流反饋信號，通過內(nèi)部連線LINK1 的設(shè)置：源標記號[364]=298，目的標記號[365]=411；設(shè)置PID輸出目的標記號[400]=289；操作臺上的投張/失張選擇開關(guān)連接到PLC 柜內(nèi)小型繼電器線圈（DC24 V），其常開觸點連接到卷紙機傳動柜調(diào)速裝置內(nèi)的數(shù)字輸入端DINGIN（C6）和C9（+24 V），設(shè)置DINGIN（C6）目的標記號[102]=408，當C6 為高電平（+24 V），PID 功能模塊使能標記號[408]=啟動（ENABLE)，當C6 為低電平（0 V），PID 功能模塊使能標記號[408]=停止（DISABLE)；積分失效標記號[409]=OFF 設(shè)置為ON；輸出換算器（修整）標記號[407]=0.2000 設(shè)置為0.1000，這樣PID 輸出值經(jīng)過+100.00%上限和-100.00%下限，被拑位在±100.00%正負限定，有限定的PID 輸出，再乘以換算器的比率0.1，最終PID 輸出值在-10.00%～+10.00%之間調(diào)節(jié)，同時在調(diào)速裝置內(nèi)置的功能模塊給定值合計1 中設(shè)置目的標記號[294]=5，這樣在±10.00%之間調(diào)節(jié)的PID 輸出量疊加到了速度給定信號，就是速度環(huán)的輸入值。圖3 為卷紙機張力控制組態(tài)圖。

圖3 卷紙機張力控制組態(tài)圖Fig.3 The configuration diagram of tension control of the reel

調(diào)試時，首先將卷紙機分部傳動電機與卷紙缸聯(lián)接脫開，對卷紙機調(diào)速裝置的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，完成電機空載運轉(zhuǎn)。隨后電機與卷紙缸聯(lián)接，傳動點單獨驅(qū)動卷紙缸運行，當運行到紙機的工作速度，給定值合計1 中調(diào)整參數(shù)比率0（RATIO0）標記號[208]=1.0000 的大小，調(diào)試到同前一分部壓光機線速度完全同步一致。當紙機投入正常運行，一旦卷紙機引上紙后，電動機負載增大，電流Ia上升。實現(xiàn)張力控制是通過投張/失張選擇開關(guān)操作PID 功能模塊的投運，PID 功能模塊投運前，觀察引上紙后電流反饋實際值，根據(jù)電流反饋實際值的大小設(shè)定張力電位器的分壓值，然后選擇開關(guān)撥到“投張”，即投入PID 功能模塊工作。通過調(diào)節(jié)張力電位器的分壓大?。◤埩υO(shè)定值），使PID 調(diào)節(jié)器輸出量發(fā)生變化，在小范圍內(nèi)控制速度，從而調(diào)節(jié)Ia大小，實現(xiàn)卷紙機的張力控制。若造紙機相關(guān)部位發(fā)現(xiàn)斷紙，選擇開關(guān)撥到“失張”，即退出PID 功能模塊工作。卷紙機重新引紙須在失張狀態(tài)下。

591 全數(shù)字直流調(diào)速裝置是帶有光電編碼器數(shù)字反饋和PLC 通信控制的全數(shù)字速度鏈的給定值，從而使系統(tǒng)的穩(wěn)速精度優(yōu)于0.01%，控制精度達0.1%，系統(tǒng)動態(tài)和靜態(tài)性能良好。采用基于591 全數(shù)字直流調(diào)速裝置內(nèi)置PID 功能模塊進行張力控制的方法，通過對影響張力穩(wěn)定的參數(shù)調(diào)節(jié)補償，間接地保持張力穩(wěn)定，即給定張力設(shè)定值，通過對卷紙機分部傳動電機的電流控制，從而使電動機力矩保持不變，保證了卷紙張力的恒定?；谒俣瓤刂?PID 調(diào)節(jié)器模式，使壓光機和卷紙機的張力控制性能及穩(wěn)定性良好，減少斷紙，保證了卷出的紙卷松緊適當，內(nèi)外一致，兩端均勻，提高了卷紙質(zhì)量，并給張力調(diào)節(jié)操作帶來了很大的方便。

3 結(jié)語

基于591 全數(shù)字直流調(diào)速裝置內(nèi)置PID 功能模塊實現(xiàn)了造紙機分部傳動的張力控制。采用這種基于速度控制+PID 調(diào)節(jié)器模式使壓光機和卷紙機的張力控制取得了較好的效果。這種控制模式在許多造紙機的壓光機和卷紙機傳動系統(tǒng)中的張力控制中得到了廣泛的應用。