变张力自动控制复卷机研制分析

变张力自动控制复卷机研制分析

陈琳

港龙包装制品（东莞）有限公司    523711

摘要：变张力自动控制复卷机的投资少、操作便捷、结构简单，系统操作性能优良，在实际操作中拥有较高可靠性、稳定性，能够对纸品复卷过程实施有效控制。付文章先分析了变张力自动控制复卷机，随后介绍了变张力自动控制复卷机的研制，包括自动控制要求、张力传感器、电机控制，希望能给相关人士提供有效参考。

关键词：变张力；自动控制；复卷机研制

引言：变张力自动控制复卷机作为纸张生产制造中的重要装置，相关张力控制质量会对复卷质量产生直接影响，同时影响纸张正常应用和经济效益。复卷机主要包括收卷就、放卷以及导辊等部分组成，放卷辊依靠纸张对应张力牵引转动，带动放纸制动发电机系统，实施纸辊制动操作。通过纸辊引出纸张，通过导辊引入底辊，随后通过纸张和底辊间摩擦牵引力引导纸卷进入纸筒。

一、变张力自动控制复卷机分析

复卷机作为纸张生产制造的重要设备，核心功能是把通过造纸机抄成经圆筒卷纸机卷制原纸卷实施纵切、切边以及接头处理，复卷为拥有良好紧度以及消除内里瑕疵的成品纸卷，其拥有标准幅宽。复卷机假如缺少张力自动控制系统，则需要全面利用人工手动方式调整退纸张力，调控抱刹进度，导致成品纸卷出现时紧时松的问题，降低纸张形成质量，无法生产外松里紧的纸卷，自带张力自控功能的复卷机普遍是以恒张力控制为主。通过深入研究复卷机相关卷纸操作机理，进一步提出变张力控制理论，通过按照相关衰减规律控制退纸张力，有效控制复卷过程。在复卷机中合理应用集变张力控制系统、衰减信号发生器、张力传感器以及张力执行器等多种功能设备的边张力自动控制系统，能够进一步提升张力控制精度，结合实际应用分析，变张力自动控制复卷机整体操作较为便捷，能够进一步减少纸幅搭桥以及断头问题。所得到的纸卷端面整齐，外松里紧。变张力自动控制复卷机的结构简单、造价低廉，能够对卷纸质量进行合理控制，能够进一步提升复卷机操作水平，是纸张加工厂和造纸厂中的理想装置[1]。

二、变张力自动控制复卷机研制

（一）自动控制要求

通过分析复卷机整体结构能够发现，在纸张复卷环节，在系统中前后底辊反复运动牵引条件下促进纸幅从退纸辊直接进入纸芯内部，最终生产出成型卷纸产品。经过前后底辊反复运动形成了退卷张力，纸幅在相关因素影响下形成一定张力，主要操作原理是前后底辊的运行速度差异以及退纸辊运行差异构成张力。在对纸幅进行拉伸中出现弹性伸长现象。改变了纸幅复卷中所存在的中心卷曲现象。处于纸幅卷径持续延伸扩张条件下，导致退卷张力变化，复卷过程中，退纸辊内卷纸幅构成成型产品，退纸辊相关纸幅卷径不断降低，退卷线速度是电机角运行速度，整个过程中退纸辊保持相同纸幅半径。需要适当补偿。

系统操作中的控制系统主要以张力控制为目标调节线速度，促进系统内前后底辊以及退纸辊保持稳定运行，避免出现大幅度的速度波动，处于纸幅卷径持续变化过程，对退纸辊运行状态进行合理调整，保持恒定速度，按照卷取顺序，对退卷张力控制系统提出以下要求，率先实施引纸操作，使退纸辊以及底辊保持一种低速状态运行，避免底辊运动速度大于退纸辊运动速度，将退纸辊设置成低速电动状态，施加相应拖动张力。经过引纸后将纸幅拉直，保持一定静张力，暂停底辊，保持退纸辊投张运行。退纸辊处于该种状态下会继续按照低速电动状态维持反向运动，将底幅彻底拉平。纸张卷取环节，分别对底辊速度进行合理设置，优化不同底辊运行负荷，使复卷机保持稳定状态，卷取纸幅，起始过程分别存在加减速环节，为避免张力突变，需要设置运动速度，初步设定S形运动曲线，避免退卷张力出现突然波动，保持平稳变化。纸卷产品需达到内紧外松标准，纸卷产品满足生产直径要求后，对退卷张力进行适当降低，在底辊运动中退纸辊也会产生线速波动，退纸辊对应纸幅卷径时变形和外部环境扰动，导致进一步增大了退卷张力调控难度。不论工况如何，电控系统设计应该达到基础控制要求，即避免产生纸幅折叠和断裂等问题，顺利卷出满足标准要求的优质成品纸卷。

（二）张力传感器

为实现有效控制目标，需要从复卷机稳定操作阶段入手，解析系统动态运行状况，指导系统控制，调节退纸辊运动，复卷机应该始终维持稳定运动状态，初步设定底辊装置运动速率，为控制系统合理操作提供速度参考，退纸辊相关电机在制动发电中，需要使底辊设备以及退纸辊维持相应速度差，赋予纸幅运行张力。预设退卷张力充当复卷机系统的稳定运行张力标准。直接张力控制作为有效的反馈控制系统，借助张力传感器能够对张力实时变化状态进行准确检测，对比分析检测值和指定值，在PID控制器内输入数据偏差，将退纸辊电机制动电流微调量输出。在间接张力控制和直接张力控制同步作用下，能够顺利获得退纸辊电机实时运行中的制动电流。设置张力传感器，由于传感器设备在实际操作中拥有较高感应电压，需要针对信号实施全面整流、滤波处理，适当放大信号，借助张力控制板进一步扩大运动指令，发送标准数据。张力传感器通过张力控制板对相关数据进行分析整理并输出标准数据，设置自动控制系统，借助可编程系统中的信号传输功能模拟采集运动电压数据，通过处理模拟信号将其转化为数字信号，利用自动控制器的运算程序和数据处理系统进行综合处理。PID控制器按照所采集反馈数据实施运算，输出退卷张力。通过间接控制和直接控制等张力控制措施共同作用到纸辊机中，精准控制退卷张力。设置逆变器控制纸辊电机过程中，在对纸辊电机相关制动电流进行合理控制基础上，促进纸辊速度随纸幅卷径降低不断扩大。调速系统操作性能主要由电机转矩控制所决定。直接转矩控制选择定子磁场定向模式，直接控制电磁转矩和电流磁链，相关控制结构较为简单，拥有良好的转矩控制效果。直接转矩控制在复卷机交流传动控制中发挥着重要作用。直接转矩控制应用转矩控制器以及磁链控制器对电机转矩和磁链进行直接控制，和复杂转子磁链定向模式存在明显差异。直接转矩控制中利用定子磁链观测器对电机瞬时磁链和瞬时转矩进行检测，准确反馈，应用磁链、转矩两位式调节装置将检测磁链值和转矩值分别和给定值实施对比分析，将磁链波动和转矩波动控制在允许误差范围中。

（三）电机控制

放卷电机对放卷纸轴进行拖动中，卷径从大到小不断变化，电机速度则呈现出从小到大的变化趋势，为维持恒定放纸张力，放卷操作中，随卷径降低适当减小张力斜度，为维持恒定放卷制动发电机运行电流，保持内紧外松状态，为使放卷制动发电机维持恒定电流，在卷径缩减条件下，同时削弱磁场。设计思路如下，放卷发电机低于基速，实施强磁控制，放卷发电机超出基速度，实施弱磁控制[2]。

结语：综上所述，通过合理研制变张力自动控制复卷机，优化创新结构设计，能够提高变张力自动控制复卷机应用性能，改善系统结构，变张力自动控制复卷机相关操作较为便捷、性能优良，具有较高实用性，设计简单，受到用户的广泛欢迎。变张力自动控制复卷机实施高效复卷，能够有效节约系统能量，提升运行效率。

参考文献：

[1]马汇海,王藤达.变减速比复卷机退纸辊电机功率优化配置与控制方法[J].中国造纸,2022,41(05):65-69.

[2]谭龙彪,肖金凤.基于改进粒子群算法整定复卷机放卷张力控制PID参数[J].机电工程技术,2022,51(03):182-186.