復(fù)卷機(jī)控制系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王曉曄

【摘要】隨著科技的不斷進(jìn)步，造紙工藝也在逐漸進(jìn)步和發(fā)展，但由于卷紙機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的紙卷較為松軟，導(dǎo)致其在工作的過(guò)程中可能出現(xiàn)一些破損問(wèn)題，有時(shí)卷紙的邊緣位置裁切也會(huì)出現(xiàn)一些不整齊等問(wèn)題，這些問(wèn)題是制約企業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，為了保證企業(yè)的正常運(yùn)行，需要對(duì)其進(jìn)行再次的生產(chǎn)。伴隨著現(xiàn)代卷紙機(jī)自動(dòng)化的程度越來(lái)越高，人們對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量等提出了越來(lái)越高的要求，此外，卷紙機(jī)的工作效率也是企業(yè)關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)，為了提高復(fù)卷機(jī)的使用性能，需要對(duì)其控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)控制；傳動(dòng)；控制系統(tǒng)；復(fù)卷機(jī)

為了更好的促進(jìn)我國(guó)的造紙企業(yè)發(fā)展，提高其經(jīng)濟(jì)效益，復(fù)卷機(jī)的工作效率行和運(yùn)行質(zhì)量對(duì)企業(yè)具有非常重要的作用，本文對(duì)高速雙底輥復(fù)卷機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的研究，為企業(yè)的發(fā)展提供了幾點(diǎn)建議，幫助造紙企業(yè)提高復(fù)卷機(jī)的工作效率和質(zhì)量。而對(duì)于復(fù)卷機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其主要包含控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，本文對(duì)兩者的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。

1、復(fù)卷機(jī)的工作原理

對(duì)于復(fù)卷機(jī)，其在工作的過(guò)程中會(huì)同時(shí)發(fā)生三個(gè)操作：開(kāi)卷、分切紙以及對(duì)分切紙的復(fù)卷，對(duì)于每一個(gè)動(dòng)作都有不同的要求，在進(jìn)行開(kāi)卷和復(fù)卷時(shí)，對(duì)于紙幅的張力具有較高的要求，需要保證對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的校正，這樣能夠使得卷紙?jiān)趶?fù)卷時(shí)符合企業(yè)的操作需求，達(dá)到規(guī)定的寬度要求，為了保證分切工作的有效性，防止分切過(guò)程中出現(xiàn)一些錯(cuò)位等問(wèn)題，影響復(fù)卷機(jī)的工作性能，需要對(duì)復(fù)卷機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的把握。此外，在進(jìn)行切刀的移動(dòng)時(shí)，需要對(duì)刀片的狀態(tài)進(jìn)行檢查，包括其鋒利程度是否能夠滿足施工要求，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的更換。

對(duì)于復(fù)卷機(jī)的工作狀態(tài)，其主要是由復(fù)卷機(jī)的控制系統(tǒng)所監(jiān)控的，像復(fù)卷機(jī)工作過(guò)程匯總，傳動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)卷和分切等工作狀態(tài)都是在監(jiān)控系統(tǒng)的控制下完成，此外，控制系統(tǒng)還會(huì)對(duì)復(fù)卷機(jī)的紙幅進(jìn)行有效的控制，保證其能夠符合工作要求，其主要是由復(fù)卷機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制的。復(fù)卷機(jī)的控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中能夠?qū)?fù)卷機(jī)的分切和紙卷的狀態(tài)等進(jìn)行全面的監(jiān)控，然后通過(guò)高效的校準(zhǔn)措施來(lái)保證復(fù)卷機(jī)的正常工作。

2、復(fù)卷機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)

在本文研究中，復(fù)卷機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)采用的是東芝公司的傳動(dòng)控制系統(tǒng)，而傳動(dòng)電機(jī)則是采用的三菱公司的三相異步鼠籠式交流變頻電機(jī)。根據(jù)復(fù)卷機(jī)的工作需求，對(duì)傳動(dòng)電機(jī)的電源進(jìn)行合適的選擇。對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)，其電動(dòng)機(jī)的功率一般情況下都在1MW以下，因此，在選擇變頻器時(shí)經(jīng)常選用的是交直流電壓型的變頻器。根據(jù)對(duì)復(fù)卷機(jī)的工作原理進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，其底輥電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的方向需喲保持一致性，在工作過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的功率通過(guò)直流母線的經(jīng)逆變器傳輸?shù)降纵侂妱?dòng)機(jī)內(nèi)部，是電動(dòng)機(jī)保持正常的工作水平。在復(fù)卷機(jī)進(jìn)行開(kāi)卷工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩方向發(fā)生了改變，成為相反的狀態(tài)，而對(duì)于功率的流動(dòng)方向也發(fā)生了相反的流動(dòng)。對(duì)于變頻器的主電路，其在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中往往采用的是公共直流母線的工作模式，通過(guò)這種方法能夠保證開(kāi)卷機(jī)和地滾電機(jī)的逆變器連接在同一段直流母線上。通過(guò)這種連接方式的使用，使整個(gè)復(fù)卷機(jī)的整流器的容量得到了有效的降低。

然后是復(fù)卷機(jī)的主傳動(dòng)電機(jī)的選型，首先是對(duì)退紙輥的電機(jī)選型，為了保證復(fù)卷機(jī)的正常工作，在選擇復(fù)卷機(jī)的開(kāi)卷電機(jī)時(shí)，需要將其和復(fù)卷機(jī)的底輥電機(jī)進(jìn)行綜合性的考慮，保證兩者之間的負(fù)載特性能夠滿足復(fù)卷機(jī)的正常使用。通過(guò)相關(guān)理論知識(shí)能夠得到退紙輥的最低和最高轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)原紙的寬度對(duì)退紙輥的最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算，并據(jù)此得到退紙輥的電機(jī)功率，得到的數(shù)據(jù)需要符合復(fù)卷機(jī)的工作需求。此外，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的功率需求，其在計(jì)算時(shí)是根據(jù)退紙輥的最大所需扭矩來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，因此，在對(duì)復(fù)卷機(jī)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選擇時(shí)，不需要在對(duì)其扭矩進(jìn)行計(jì)算，這樣節(jié)省了電動(dòng)機(jī)的選擇過(guò)程，減少了相關(guān)人員的工作量。然后是復(fù)卷機(jī)的底輥電機(jī)選型，對(duì)于底輥電機(jī)，其在復(fù)卷機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)，紙幅的張力不會(huì)發(fā)生變化，因此，需要電機(jī)保持穩(wěn)定的輸出力矩，這樣才能保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性，為此，在底輥電機(jī)選擇時(shí)，需要引進(jìn)減速箱系統(tǒng)，其能夠?qū)Φ纵侂姍C(jī)的最大車速進(jìn)行控制，保證電機(jī)具有持續(xù)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，為此，在選擇底輥電機(jī)時(shí)需要考慮到以下幾個(gè)問(wèn)題：首先是復(fù)卷機(jī)的前后底輥電機(jī)，其在選擇時(shí)需要保證兩個(gè)位置電機(jī)的型號(hào)一致，這樣在進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中才能保證轉(zhuǎn)速的一致性，然后通過(guò)生產(chǎn)的需求對(duì)底輥電機(jī)的型號(hào)和工作功率進(jìn)行計(jì)算和選擇。對(duì)于底輥電機(jī)工作時(shí)，其中紙幅的張力是一定的，因此，在選擇底輥電機(jī)時(shí)需要保證其前后兩臺(tái)電機(jī)具有相同的輸出軸功率，且兩者之間具有較好的穩(wěn)定性，

然后是復(fù)卷機(jī)的主傳動(dòng)電機(jī)調(diào)試，在對(duì)復(fù)卷機(jī)的傳動(dòng)電機(jī)選型完成之后，其開(kāi)卷機(jī)的電機(jī)功率和轉(zhuǎn)速等都已經(jīng)確定，在這種情況就需要開(kāi)卷機(jī)和底輥電機(jī)進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)測(cè)試。首先是對(duì)退卷機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得知，只有開(kāi)卷電機(jī)的額定功率達(dá)到一定的水平時(shí)，其才能保證電機(jī)的轉(zhuǎn)速保證在穩(wěn)定的水平，保證復(fù)卷機(jī)的工作性能。然后是對(duì)復(fù)卷機(jī)底輥電機(jī)的功率測(cè)試，通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析能夠得到復(fù)卷機(jī)的底輥電機(jī)正常工作的功率以及轉(zhuǎn)速等。

對(duì)于復(fù)卷機(jī)的工作，其傳動(dòng)控制系統(tǒng)除了能夠?qū)?fù)卷機(jī)的紙張張力進(jìn)行控制之外，還有一個(gè)非常重要的作用，那就是對(duì)復(fù)卷機(jī)的自動(dòng)停止控制，其是保證復(fù)卷機(jī)正常工作的一個(gè)非常重要的控制功能。在復(fù)卷機(jī)進(jìn)行工作的過(guò)程中，通過(guò)自動(dòng)停止控制能夠保證復(fù)卷機(jī)獲得對(duì)應(yīng)的紙張寬度和紙幅，同時(shí)也能保證復(fù)卷機(jī)由于失去紙張張力的影響而出現(xiàn)突然間的速度過(guò)快問(wèn)題。對(duì)于復(fù)卷機(jī)的自動(dòng)停止模式，其主要包含三種類型，分別是長(zhǎng)度自動(dòng)停止模式和直徑自動(dòng)停止模式等，這三種停止模式分別具有不同的功能和效果。其中的復(fù)卷機(jī)長(zhǎng)度自動(dòng)停止模式指的是復(fù)卷機(jī)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)反饋的信息對(duì)運(yùn)行長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)將得到的實(shí)際長(zhǎng)度值反饋到控制系統(tǒng)，然后由控制系統(tǒng)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制，在這一過(guò)程中，控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)都能夠?qū)?fù)卷機(jī)的運(yùn)行長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算和停止等。

3、復(fù)卷機(jī)控制系統(tǒng)

對(duì)于復(fù)卷機(jī)的控制系統(tǒng)，本文主要研究的是西門子S7-400PLC控制系統(tǒng)，其CPU中具有記憶功能。在運(yùn)行的過(guò)程中，控制站為復(fù)卷機(jī)的工作過(guò)程提供對(duì)應(yīng)的參數(shù)設(shè)計(jì)，保證復(fù)卷機(jī)的正常工作。對(duì)于控制站，其主要由兩個(gè)用戶組成，一個(gè)是工程師用戶，另一個(gè)是操作員用戶，兩種用戶對(duì)控制站的使用權(quán)限具有一定的不同，像工程師用戶，其具有各種監(jiān)控和參數(shù)的調(diào)整等權(quán)限，而操作員只能對(duì)復(fù)卷機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)調(diào)整以及速度和紙幅寬度等的調(diào)整，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。下面對(duì)復(fù)卷機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的研究：首先是控制站的軟件畫(huà)面系統(tǒng)，通過(guò)軟件畫(huà)面系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)信息的交換，從而保證對(duì)復(fù)卷機(jī)的工作狀態(tài)控制，另外，畫(huà)面系統(tǒng)還能夠?qū)?fù)卷機(jī)的工作狀況進(jìn)行全程的監(jiān)控，出現(xiàn)問(wèn)題后能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的原因，從而采取對(duì)應(yīng)的處理辦法。下面對(duì)控制系統(tǒng)中的控制站軟件畫(huà)面設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的研究：首先是主畫(huà)面功能，其在復(fù)卷機(jī)工作的過(guò)程中主要有下面幾個(gè)功能，第一是對(duì)復(fù)卷機(jī)的自動(dòng)停止模式進(jìn)行準(zhǔn)確的選擇，從而保證復(fù)卷機(jī)的正常工作需求，其對(duì)復(fù)卷機(jī)的是那種自動(dòng)停機(jī)模式都能夠?qū)崿F(xiàn)有效的控制；第二是對(duì)于復(fù)卷紙卷的直徑設(shè)定，通過(guò)復(fù)卷紙卷的實(shí)際測(cè)量，主畫(huà)面能夠根據(jù)測(cè)定的實(shí)際值來(lái)對(duì)復(fù)卷機(jī)的工作直徑進(jìn)行控制等。

然后是縱切刀位置的顯示以及畫(huà)面的調(diào)整，對(duì)于該功能，在復(fù)卷機(jī)工作的過(guò)程中，其控制主要是實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的效果：首先是對(duì)復(fù)卷機(jī)的操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)頂軸器進(jìn)行全面的顯示，然后根據(jù)編碼器對(duì)其進(jìn)行有效的檢測(cè)；然后則是對(duì)紙芯止動(dòng)器的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，并通過(guò)上述方法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)等。還有紙種存儲(chǔ)和載入畫(huà)面的控制，在這一過(guò)程中，其能夠?qū)Χ喾N紙種的壓紙輥負(fù)載曲線等進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)復(fù)卷紙的種類發(fā)生變化時(shí)能夠根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，選擇相應(yīng)的曲線對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)整和控制等。

然后是生產(chǎn)的控制流程，其是保證生產(chǎn)正常進(jìn)行的關(guān)鍵，只有保證了對(duì)生產(chǎn)流程的控制，才能保證在生產(chǎn)的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)較大的問(wèn)題。下面對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹：首先是自動(dòng)停機(jī)控制，對(duì)于自動(dòng)停機(jī)控制，其分為三種不同的模式，每一種模式對(duì)應(yīng)不同的控制數(shù)據(jù)，為此，控制系統(tǒng)在工作的過(guò)程中能夠根據(jù)復(fù)卷紙的不同問(wèn)題選擇對(duì)應(yīng)的自動(dòng)停止模式，保證生產(chǎn)的有效性，而在紙張斷開(kāi)時(shí)，則需要對(duì)卷紙的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新的記錄。然后是對(duì)頂軸器的自動(dòng)校準(zhǔn)位置控制，對(duì)于復(fù)卷機(jī)，其在運(yùn)行的過(guò)程中，頂軸器能夠根據(jù)邊刀的位置對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)的校準(zhǔn)，在校準(zhǔn)時(shí)只需要按下對(duì)應(yīng)的自動(dòng)校準(zhǔn)按鈕，其就會(huì)根據(jù)提前設(shè)定的程序自動(dòng)進(jìn)行邊刀的校準(zhǔn)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)將頂軸器延伸到對(duì)應(yīng)的邊刀位置。

4、總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)復(fù)卷機(jī)的性能進(jìn)行介紹，總結(jié)了當(dāng)前常見(jiàn)復(fù)卷機(jī)的結(jié)構(gòu)，并對(duì)其生產(chǎn)的要求和性能參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。對(duì)于復(fù)卷機(jī)的控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，其在使用的過(guò)程中需要采取對(duì)應(yīng)的控制措施，保證兩者之間的有效配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)卷機(jī)工作的有效控制。對(duì)于兩個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，其主要是采用PROFIBUS-DP實(shí)現(xiàn)的。但由于紙張的發(fā)展速度使非常快的，其對(duì)復(fù)卷機(jī)的生產(chǎn)要求也在逐漸升高，為了保證復(fù)卷機(jī)的有效生產(chǎn)，提高企業(yè)的生產(chǎn)效益，相關(guān)部門需要盡快加強(qiáng)對(duì)復(fù)卷機(jī)控制系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)的研究。

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