印刷机械中的张力控制印刷机械质量问题分析

印刷机械中的张力控制印刷机械质量问题分析

苏建

通辽日报社 内蒙古自治区通辽市028000

摘要：凹印机是印刷包装行业的重要设备,印刷材料以卷料的形式输送至印刷,印刷完成后, 由收卷装置将卷料重新卷起,以备后用。凹印机的张力控制系统是整机控制的核心, 只要张力控制稳定, 张力变化小, 凹印机的套色精度和废品率就很容易控制。对于卷筒料凹印机来说,其收卷装置是卷取印刷成品的生产机械设备, 是印刷生产线的最后一道工序, 其卷取纸张或料膜质量的优劣, 直接影响印刷成品的质量, 因而是企业生产的关键设备之一。在实际生产过程中，还会出现一些较难处理的故障，这就需要技术人员认真观察故障现象，根据张力控制系统的结构和工作原理，分析并找出原因，按正确的方法去解决与排除，以确保张力控制系统稳定运行。

关键词：印刷机械；凹印机；收卷张力控制

凹印机印刷机在实际的运行过程中必须要保持纸带一定的张力，这个张力必须要保持恒定不能忽大忽小造成印刷质量下降甚至事故。如果印刷机纸带张力过大就很容易造成印刷机的负荷过重从而接导致断纸事故；如果纸带张力过小的话，纸带无法收紧，很容易造成纸张打皱、套印不准，更严重的后果则会使纸张偏向转轮的一侧引起折页机堵纸，或是纸张卷进橡皮滚筒或墨辊中，进而造成停机事故影响生产造成浪费。收卷卷径的增大，为达到预定收卷张力，收卷张力控制器会不断增大输出，直至100%，而此时的实际收卷张力已远远超过预定收卷张力，卷筒材料绷得非常紧，负载也随之变大，从而引起驱动器过流保护。更换张力传感器并重新校准后，系统便恢复正常。需要注意的是：在校准收卷张力控制器时，采用的重物应尽可能接近满度张力值，以提高张力控制精度。

一、印刷机张力控制原理

当卷筒纸轮转印刷机工作时，因为纸卷外径处于不断变化的状态，很多的因素都会影响到纸带上的张力变化，比如纸卷不够圆、机器工作速度变化、更换纸卷等，这些因素很可能会导致走纸不稳、纸张断裂等严重的印刷问题，造成不可估量的经济损失。因此对于相关设计人员来说，如何保持纸张在印刷过程中的张力恒定是其一个重要课题。随着电力晶体管和绝缘栅双极型晶体管的开发应用, 交流电机的调速性能得到了较大改善, 同时由于矢量控制技术的实现, 使异步电动机变频后的机械特性可以和直流电动机变压后的机械特性相媲美。为了提高产品质量和生产效率, 目前包装机械的张力控制多采用交流异步电机变频调速控制技术。

二、凹印生产常见张力问题及解决方案

1、建立稳定的初始张力。在实际凹印生产中，不同印刷基材的料卷直径和幅宽会有所不同，当放卷单元安装直径较小的料卷时，凹印机能够平稳建立起整机的初始张力，但如果换上直径较大的料卷时，凹印机的摆辊就会出现频繁震动，且很长时间内都不能稳定下来，严重时还会使料卷发生变形，甚至将料卷拉断。这种情况不仅会造成材料的严重浪费，还会增加操作人员的工作量，为印刷企业带来许多不必要的麻烦。料卷直径的变化会引起其惯量的变化，但在凹印机建立起整机初始张力之前，摆辊的位置并没有发生变化，即张力控制器采集到的张力偏差量没有变化，相应的，张力控制器的输出也就没有变化。但是，对不同直径的料卷，电机却是相同的角速度，于是直径越大的料卷，其表面线速度就越快，速度越快，电机就越不容易控制，因此就会出现对于不同直径的料卷，凹印机建立稳定的初始张力难易程度不同的问题。对不同直径的料卷，通过对PID控制器设定不同的比例单元和积分单元，使不同直径的料卷在建立初始张力时，其表面线速度相差不大。具体来说就是：对于直径较小的料卷设定较大的比例单元和积分单元，这样既不影响建立初始张力时电机的运转速度，又能建立起平稳的初始张力；对于直径较大的料卷设定较小的比例单元和积分单元，使电机的运转速度变慢，从而便可建立起平稳的初始张力。

2、自动换卷裁切时实现张力的平稳过渡。自动换卷裁切，即在张力控制器的作用下双工位轴可以实现新旧料卷自动切换的工作。其具体过程为：首先，按下预备接料按钮，凹印机回转架就会朝逆时针方向旋转，通过检测装置，控制新料卷停放在预定位置，同时电位器检测出新料卷的大概直径，并驱动新料卷以一定的表面线速度转动，使其与旧料卷的表面线速度基本相当；其次，按下接料按钮，裁切装置通过相应的动作完成新旧料卷的粘贴和自动裁切；最后，旧料卷由当前速度减至零速，完成裁切。自动换卷裁切不仅可以提高工作效率，还能降低操作人员的工作量和工作强度。自动换卷裁切过程是在凹印机高速运行中进行的，因此在新旧料卷自动接换过程中受到的影响因素较多，容易导致摆辊出现异常震动，旧料卷与新料卷之间无法实现张力的平稳过渡。这种问题一旦出现，就需要花费较长时间的调整才能恢复正常，从而造成材料和时间上的双重浪费。自动换卷裁切过程中，新料卷与旧料卷只有在相同的表面线速度下才能实现张力的平稳过渡，这就要求电位器精确地检测出新料卷的直径，才能保证新料卷与旧料卷的表面线速度尽可能相同，为实现自动裁切提供前提条件。当然，新旧料卷的表面线速度达到完全一致只是一种理想情况，实际上二者还是存在一定速差的，通常情况下，当自动换卷裁切完成之后，新料卷张力还是会出现轻微变化，但并不会对最终产品质量造成影响。为保证精确地检测新料卷的直径，可将电位器更换为精度更高的编码器。完成换卷之后，由于料卷状态发生了一定变化，会对其直径检测带来一些干扰，所以应先让料卷稳定下来之后再检测。应对料卷的比例单元和积分单元更加细化，当料卷直径发生变化时，张力控制器调整量也发生相应的变化，从而使张力波动更小。

三、张力控制系统在印刷机上的应用

1、张力控制变频收卷的应用。主轴速度由PLC 通过模拟信号AL3 对INV1 进行频率给定并由PG1 编码器反馈进行速度控制；PLC 根据设定张力要求输出转矩信号AL2 至矢量变频器INV2 对电机进行转矩控制，调节收卷张力的大小；过AL0 张力反馈信号形成收卷张力PID 闭环控制。变频收卷的目的是完成张力控制，即能控制电机的运行电流。

2、张力控制变频收卷的工艺要求。在整个收卷过程中保持恒定的张力或者锥度张力。在启动大卷时，不出现松纸现象；启动小卷时，不出现断纸现象。无论机械进行哪项操作都不影响印刷的质量。能实现张力量化。

3、变频收卷对变频器性能要求。淤变频收卷实质是要完成张力控制，即能控制电机运行电流，三相异步电机电磁转距T=CT椎1I2忆cos椎2，与电流成正比。当负载有突变时能够保证电机机械特性曲线比较硬。必须用矢量变频器，必须要加编码器闭环控制。淤首选自整定电机，把电机的各项参数读入变频器。于将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的线数。然后用面板给定频率和启停控制，观察显示的运行频率是否在设定频率的左右波动。盂在程序中设定空芯卷径和最大卷径的数值。通过前面卷径计算的公式算出电机尾部所加编码器产生的最大脉冲量（P2）和最低脉冲量（P2）。通过算出的最大脉冲量对收卷电机的速度进行限定，如此可有效避免出现飞车现象。而最低脉冲量的设定，有效避免了电机出现抖动的可能性。榆通过前面分析的整个收卷的动态过程，在不同卷径和不同运行速度的各个阶段，进行一定的转距补偿，补偿的大小，可以以电机额定转距的百分比来设定。

基于变频器矢量控制在印刷机收卷张力控制系统上的应用实例。进入变频器传动时代以来，结合PLC 的同步与张力控制系统成为前沿电气传动自动化工程集成热点。高新性能的同步与张力传动控制系统正在带动着众多行业的技术进步，印刷行业更为突出。  

参考文献：

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[2] 姚晴洲.矢量闭环控制恒张力收放卷系统及其在工业上的应用[J] .轻工机械, 2017, 25(3):91-93.

[3] 李强.张力控制变频收卷的控制原理及在纺织行业的应用[J] .变频器世界, 2018, 3(30):105-107.