报纸印刷张力控制原理及Enkel供纸部张力控制系统改造案例分析

黎锋

摘 要：在报纸印刷过程中，印刷机的张力控制是非常重要的，尤其是卷到卷的张力控制，它直接影响到报纸的套印精度。好的张力控制系统能够在印刷机器运转速度的改变和纸卷大小变化的同时，保持纸带張力的稳定。一套良好的张力控制系统是印刷品质和套印精度的重要保障，因此笔者根据多年工作经验进行总结，本文主要对报纸印刷张力控制原理及Enkel供纸部张力控制系统改造案例进行分析。

关键词：报纸印刷；张力控制系统；改造

随着社会的发展、科技的进步，虽然互联网能够代替纸质报纸传递信息，但是传统的纸质报纸仍然是大众获取信息的媒介，尤其是纸质印刷技术。事实上，当今社会各行各业的很多方面都需要各种不同的印刷品。现代报纸印刷技术中的张力控制已经成为印刷技术的关键要素，在印刷领域里，卷筒纸印刷机的工作过程中卷到卷的张力控制是必不可少的，如果张力控制不合适，就会发生纸张的褶皱、变形，影响印刷质量，或者断纸造成浪费。Enkel供纸部张力控制系统改造也是势在必行。

1 现代印刷的前景及应用

在现代社会，印刷技术已经突破传统观念和方法，加入了现代科技的元素，数字印刷成为印刷技术的主流。现代印刷是集成高科技元素为一体，现在虽然互联网等新兴媒体对纸媒的冲击很大，但是现代印刷技术的发展应用还是非常广泛的。在人们的日常生活中，所看到的或使用的报纸、期刊、钞票等，都属于印刷品的范畴。印刷的控制系统成为国内外研究的重要方向。

2 报纸印刷张力控制系统的原理

一般老式报纸印刷供纸部的张力控制系统由制动机构、张力检测元件、控制plc等组成。张力控制技术方法也有很多种。以浮动辊上安装的电位器反馈检测张力，电磁线圈制动器控制刹车盘的摩擦力以达到控制张力恒定的模式。在张力控制过程中，控制张力执行单元为电磁离合摩擦片。

在机器运转过程中，为保证纸带的张力能够保持在印刷工人设定的一个值上，并能够在启动时不会拉断和刹车时纸卷不会惯性地松卷，而且在印刷的过程中随着纸卷半径不断减小保持纸带张力的稳定，需要对制动力矩进行相应的变化。张力控制系统设计的原理也是多种多样的，而控制的难点就在新旧纸卷的交换上，在保证印刷不停机的情况下能够全速接纸，且能够达到良好的张力控制，是目前所有供纸厂家所追求的目标。

在印刷过程中，纸带的线速度保持不变，随着纸卷直径的不断减小，在不考虑纸卷惯性的前提下，要保证纸带张力的稳定必须满足下面的条件：F×L=M（F纸卷张力，L为纸卷半径，M为刹车制动力矩）。也就是说，刹车控制力矩也要随之减小，如果不改变制动力矩的大小，纸带所受到的张力就会越来越大，最终会使纸带被拉断。简单来说，就是控制刹车片与刹车盘接触后产生的摩擦力，从而使纸带达到一定的张力，在张力的作用下浮动辊会产生摆动带动安装在浮动辊轴上的电位器数值的改变，将张力的变化转化为电压的变化，通过控制器运算控制刹车片的电磁线圈的吸力大小。

在纸卷使用到一定小的直径时就要有新旧纸卷更换的动作。新旧大小纸卷交接更换的瞬间，必须满足新旧纸卷速度同步，为保证纸带张力的恒定，最好是有两套独立的制动机构。然而很多老式的供纸补只有一套加速机构和制动控制机构，导致新旧纸卷交换时出现瞬间速度差过大，导致断纸的情况。

3 Enkel供纸部张力控制系统的改造

目前国内报纸印刷大多都是卷筒纸印刷，其张力控制系统一般采用闭环的电磁式控制，具有精度高、随机性强的特点，可以适用不同印刷速度和各种纸张。通过对张力检测元件的信号，控制系统根据张力的设定值和检测元件反馈的测量值进行运算比较处理。对张力大小的调节主要采用两种方式：一是直接力矩控制，二是速度差控制。

速度差控制模式下的张力控制是通过调节电机转速和印刷机速度差来达到控制张力的目的。首先，由过纸辊上的编码器实时测量速度系统计算出同步匹配频率。然后，张力检测元件反馈的信号与张力设定值构成PID（比例-积分-微分控制器），调整变频器的输出频率。

在此对公司的旧Enkel纸架张力控制系统改用变频控制成功案例进行分析。

这是20世纪90年代相对比较老旧的轮转印刷供纸部，分别用了两套控制系统，正在试用纸卷的张力控制采用了力矩控制张力，使用刹车盘、刹车线圈对纸芯施加一个制动力矩。而新纸卷使用的是速度控制，通过对加速皮带轮电机的速度控制，检测装置将印刷的速度信号传给控制系统，控制系统根据印刷速度和张力设定值运算输出一个电压值，加载到加速电机的电磁离合器上，驱动皮带轮以一定的同步速度运行，然后皮带轮上的编码器将检测速度反馈给控制器，形成闭环控制。

分析供纸部接纸卷-卷交换时的张力控制转换，经常容易引起张力控制不稳导致浮动辊不稳，张力不稳定最终导致断纸，影响效率。分析控制原理，最终张力控制执行机构就是一组电磁线圈摩擦片来实现皮带轮以一定的同步速度运行和印刷速度差调节张力。这个执行机构存在很大的缺点，就是靠电磁离合摩擦片来驱动加速皮带轮运转，速度反应、反馈都很迟钝，而且经常因为离合器摩擦发热速度无法同步，导致卷-卷接纸失败。

经过多方面考虑，我们拆去了电磁离合器，直接用加速电机带动加速皮带，使用变频器来控制电机的转速，以达到恒定张力同步接纸的目的。考虑印刷速度和电机频率，我们选择了国产JP6C-T9系列PIM IGBT高性能数字式变频器，其内置PID控制功能。取原电磁线圈电压为参考，经过分压处理通过Kp、Ki和Kd 3个参数的设定，反复试验最终收到了良好的效果。

4 结语

通过本文的阐述，我们已经了解了印刷张力控制及系统的改进目的，也做了完整的理论要求分析。随着科技的不断进步，以及对产品质量的要求，虽然在控制系统部分未做改动，分析对比了各种先进的供纸部优点，改善张力控制的执行机构，提高了加速同步时的张力控制响应速度，取得了良好的效果。但是，我们还有许多工作要做，仍然需要不断努力，不断对供纸部张力控制系统进行完善。

参考文献

[1]陶若冰.发电厂化学在线监控及诊断系统研究[D]西南交通大学，2012.