复卷机传动控制分析

王冠俊

摘 要：本文分析了复卷机传动控制系统，介绍了复卷机传动工艺流程，复卷机传动系统软件设计，复卷机的控制系统等。

关键词：复卷机;传动;控制

卷取和分切工艺广泛应用于造纸行业、纺织行业。在造纸车间的下引纸复卷机生产过程中，经常遇到成品纸卷断头较多、纸卷端面粗糙、串纸现象严重等问题，这些问题可能是复卷机在运行过程中，纸幅张力不稳定造成的。为了改善成品纸卷的质量，提高造纸车间的生产效率，研究和改进下引纸复卷机传动的恒张力控制系统成为技术关键，即能否实现退纸辊的恒定张力控制。如果达不到张力恒定的控制要求，将严重影响设备的运行效果，且成品纸卷质量达不到客户要求。退纸辊的恒张力控制系统的设计主要包括以下部分： 退纸辊直径计算功能、张力给定控制功能、直接张力检测功能、纸幅惯量补偿功能以及加减速过程动态补偿功能。

一.复卷机传动工艺流程

按照引纸方向和硬件机械结构的不同，一般意义上的复卷机有三种类型：双底棍上引纸复卷机、双底棍下引纸复卷机、单辊式复卷机，机械结构上这几种复卷机的区别相对较大。

复卷机按照卷纸工艺，在机械结构上可以分为卷取部分和放卷部分。其中卷取部分由压纸辊、纸芯、卸纸托架、前底辊、后底辊、弧形板、圆刀、舒展器、张力棍、推纸辊、引纸托架、前、后底辊电机和相应动作执行机构的气控或液压单元组成。压纸辊利用本身的重力和提升气缸或油缸时产生受力之差形成一个向下的力，这个力就是压纸轮的压力。前、后底辊是卷取部分的主要机构，两个电机通过减速箱分别与前、后底辊连接在一起，用来驱动前、后底辊运转。而圆刀一般是好几把刀接在同一根横轴上，其中最外面的两把刀称为边刀，用于将纸边切平，而中间的那几把刀称为中刀，中刀主要用来将纸幅切成成品所需的各种宽度。张力辊的两边机架上通常用来安装张力传感器，张力传感器可以测量并反馈纸张在复卷时的实时张力，这种使用张力传感器的张力控制称为复卷机的直接张力控制。放卷部由退纸辊、联轴器、退辊电机以及相应气控单元组成。退纸辊是一个两头带有联轴器的钢制圆辊，通过退纸辊联轴器与减速器和退纸辊电机连在一起。生产出来的原纸卷放置在退纸架上，退纸辊上的制动装置在断纸时使纸卷快速制动以减少纸张损失。

当复卷机在工作的时候，放在退纸架上待复卷的纸幅从退纸辊引出，通过递纸装置和导纸辊，经过弧形舒展后，通过纵切圆刀，再经过弧形辊，绕过后底辊而缠卷在成品卷纸筒上，由两个底辊驱动而牵动纸页前进。

二.复卷机传动系统软件设计

复卷机程序设计的控制目的包含以下四方面：①后底辊速度控制; ②前底辊速度及转矩限幅控制;③退纸辊速度及恒张力控制; ④压纸辊的压力控制。复卷机传动系统的软件设计就是围绕以上控制目的展开一系列满足控制工艺要求的程序设计。

从后底辊控制的程序设计开始，后底辊是复卷机传动控制系统的主点，其速度给定值由操作屏设定，在引纸过程中为引纸速度给定，在运行过程中为运行速度给定。在程序中，通过引纸状态或运行状态的逻辑控制进行引纸或运行速度选择。在操作屏设置参数中可以对程序中的速度斜坡函数加速时间和减速时间进行设置，根据现场纸品和复卷机工艺的要求设置加速时间和减速时间为100～180s。

前底辊的速度跟随后底辊的速度，后底辊的速度斜坡输出值作为前底辊的速度给定值。在引纸状态下，前底辊的速度给定值和后底辊的速度给定值相同，并且对前底辊转矩值不进行限幅; 在运行状态下，前底辊的速度给定值是后底辊速度给定值的1.05～1.2倍。前后底辊的运行速度为后底辊给定速度，而前底辊的速度给定值却未达到，目的是为了让前底辊转矩值达到正转矩限幅状态，以便于对前底辊的正转矩限幅进行控制。后底辊的实际反馈值乘以前底辊转矩剪刀差系数，得到的数值作为前底辊的正转矩限幅给定值。实际的效果是前底辊速度和后底辊速度一样，且等于后底辊的给定速度，但前底辊实际转矩值却比后底辊实际转矩值大，这样形成前后底辊转矩剪刀差效果，目的在于提高成品纸卷的紧度，达到成品纸卷的质量要求。

为使退纸辊达到恒张力控制，就必须了解退纸辊的传动工艺。退纸辊的速度给定分为引纸速度给定和运行速度给定。退纸辊的引纸速度给定值和后底辊的引纸速度给定值相同，目的是保持相同的引纸速度，但必须在操作屏设置正确的退纸辊直径。退纸辊的运行速度给定值是反向速度给定值，在纸幅的拉动下，退纸辊处于制动状态时，才能达到负转矩限幅状态，

软件设计的程序只需控制退纸辊负转矩限幅值的大小，并保持负转矩限幅值与退纸辊的直径成正比，即保持纸幅的张力恒定，实现退纸辊恒张力控制。退纸辊张力给定值分为停止张力给定值、引纸张力给定值和运行张力给定值，通过程序逻辑控制进行张力给定值选择，通过在操作屏进行张力加减速时间设置，将张力选择输出值进行张力斜坡函数计算输出。后底辊速度反馈值与退纸辊速度反馈值通过公式计算得到退纸辊的实时直径。将张力斜坡输出值与退纸辊直径进行公式计算，得到退纸辊负转矩限幅给定值，并将退纸辊惯量补偿值、退纸辊电机惯量补偿值和加减速过程中动态惯量补偿值进行计算，叠加得到退纸辊负转矩限幅给定值。将此值转换为调速器输出的负转矩限幅标称值，从而对退纸辊进行恒张力控制。

三.复卷机的控制系统

复卷机通常具有4 个主要的控制参数，分别为线压、两底辊电流、张力以及车速。这4 个参数主要是对纸卷的硬度有产生影响，在不断增加车速的情况下，会降低纸卷的硬度，这主要是因为纸卷当中进入较多空气。大多数企业都是将车速进行固定。以下介绍线压、两底辊电流、张力对纸卷硬度的影响及其控制。

（一）线压

复卷机的线压主要是底辊与纸卷之间的线压力，复卷机线压影响纸卷硬度主要表现在随着线压的不断增加也相应增加了纸卷的硬度，随着线压的不断减小也相应减小了纸卷的硬度。

（二）两底辊电流

为实现成纸卷硬度可控制，做到内紧外松，两底辊实际运行的负荷需要剪刀差控制，即两辊的给定速差按成纸卷的直径从小变大作一定的调整，使两辊的负荷差随成卷直径變化。

（三）复卷机的张力

主要是指退卷部与卷取部之间纸页每米宽度所受的拉力（单位N/m），主要是通过退卷部放卷电机进行控制，张力对纸卷硬度的影响主要表现在增加纸页张力和纸卷硬度，减小纸页张力和纸卷硬度。

引纸期间，不需要人工控制张力，系统会按照算法进行张力自动投入或者解除，自动调节。这样可以有效简化操作步骤，加强可靠性以及工作效率。在实际运行期间，按照纸张性能，需要设定合适的张力，之后不需要进行额外操作。按照内核建立的数学控制模型，全程自动匹配对应的放卷扭矩，无论卷径大小，无论快慢，无论加速减速，均能保持稳定的张力。

（四）速度和加速度

S 曲线控制主车速，对于每一个主传动点都通过优化补偿算法，确保计算的精确度，这样即使加减速度处于较高状态，也能够实现较好的速度跟随性。

（五）成纸卷停车

一种是按照预先设定的成卷纸长度，提前计算停车时间点，使得停车后的累计长度与设定值一致;还有一种是设定成纸卷直径，自动提前计算停车时间点。

参考文献：

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