瓦楞紙板生產(chǎn)線帶鋼糾偏控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

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）