复卷机退卷张力控制系统设计.doc

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I

复卷机退卷张力控制系统设计

摘要

本论文给出了主传动为直流电机的复卷机电控系统的设计方案，其中包括了系统总体控制方案，纸幅退卷张力控制，关键量数学模型的控制及建立以及主传动电机的选型。

纸幅张力控制是保证纸卷形态的至关重要的因素之一，纸幅张力最重要的作用是展平纸幅，同时稳定的纸幅张力还将避免纸幅横向偏移。

在复卷机中，纸幅张力的产生在于退纸辊驱动电机工作于回馈制动状态。

纸幅张力的大小，或者张力的稳定与否，在于对退纸辊电机的控制。

对于张力控制方案，目前国产复卷机的控制系统，大致可以分为两类：

直接张力控制方案、间接张力控制方案。

从控制方案上看，所谓直接张力方案是用实测张力作为反馈信号，与给定信号相比较，用张力调节器，组成张力闭环对张力进行调节。

这种方案的优点是控制结构简单，控制响应迅速，但很难兼顾控制响应的快速性和控制的平稳性。

所谓间接张力控制方案是分析张力变化的原因，对其主要扰动量进行补偿，如能同时对几个扰动量进行控制，可以达到很好的效果。

综合考虑，直接张力控制应当与间接张力控制方案相结合，才能发挥其响应快速的优势，同时避免其它方面的不足。

复卷机主传动的选型主要应考虑电机的调速范围、功率、转矩这三个主要方面是否满足要求，当然还应综合考虑造价、与变速箱的配合等，以实现性价比最优。

论文针对具体的张力控制要求，对系统的硬件选型进行了举例。

关键词：

复卷机，张力控制，电机选型，组态，直流调速

TheDesignofReeling-offTensionControlSystem

InRewindMachine

ABSTRACT

Inthispaper,adesignofthemaindriveDCmotorrewindforelectriccontrolsystemispresented,includingtheoverallcontrolsystem,abriefintroductionoftensioncontrol,thecontrollingandmathmodelingmethodofkeyandtheselectionofmainmotor.

Webtensioncontrolisoneofthefactorstoensurethepaperforms.Webtensionisthemostimportantroleinflatteningthewebandthestabilityofthepaperwebtensionwillpreventthehorizontalmigration.Thepapertensioncomesfromthattheelectricalworksinthebrakingstatefeedback.Thewebtensionwhichisstabledornotisimpactedthecontrolofmotor.Astothetensioncontrol,therearetwomainkindsincurrentusage:

thedirecttensioncontrolmethodandtheindirecttensioncontrolmethod.Intheformerscheme,detectedtensionisusedasfeedbacksignal,whichiscomparedwiththegiventensionsignalandtheresultissenttotensionregulatortoformaclosedloopinordertoadjusttension.Theadvantagesofthismethodarethatitisofansimplestructureandatahighcontrollingspeed,whileitsdisadvantagesarethelowresponseandthepoorsteadyperformance.Howeverthelatteronedosenotusetensionsensortogetthetensionsignal,andinsteaditanalyzesthereasonsofthechangeoftensionandthencompensatethemaindisturbances.Aperfectperformancecanobtainiftheseveralmaindisturbancescouldbecompensatedsimultaneity.Inconclusionacombinationofthedirectandindirecttensioncontrolcangetasatisfiedresponsespeedandovercomethedisadvantagesofotheraspects.

Weshouldmainlyconsiderwhetherselectingthemainmotorofwindercanmeettherequirementsoftherangeofspeedregulation,powercapacityandtorque,ofcoursethewholecost,thecooperationwithgear-boxandsoonalsoshouldbeconsideratesoastoachievetheoptimizationofcostperformance.Inthispaper,examplesoftheselectionofsystem’shardwarearepresentedaccordingtotherequirementsoftensioncontrolsystem.

KEYWORDS:

rewind,tensioncontrol,motorselection,configuration,DCspeedcontrol

V

目录

摘要 I

ABSTRACT II

1诸论 1

1.1复卷机概述 1

1.2复卷机发展及国内外现状 2

2课题的提出 3

2.1背景分析及课题的提出 3

2.2课题的内容及分布 5

3主传动为直流电机的复卷机电控系统的设计 6

3.1纸卷质量指标及影响成品纸卷形态的因素 6

3.2系统总体控制方案 6

3.3系统控制功能设计 7

3.3.1压纸辊的压力控制 7

3.3.2前后底辊的负荷分配控制 9

3.3.3挠性起动及S型升、降速控制 10

3.4纸幅退卷张力控制 13

3.4.1退卷张力控制总体分析 13

3.4.2间接张力补偿控制分析 14

3.4.3直接张力控制分析 15

3.5控制方案 16

3.5.1控制特点及张力生成 16

3.5.2间接张力控制的数学建模 17

3.5.3直接张力控制 19

3.6动态补偿 21

4张力控制系统的硬件配置 23

4.1选型依据 23

4.2退纸辊电机的选型 24

4.3底辊电机的选型 25

4.4设计举例 25

4.4.1主要原始数据 25

4.4.2退纸辊电机选型 26

4.4.3底辊电机选型 26

5退纸辊完成退卷张力的控制 27

5.1退纸辊的硬件结构 27

5.2退纸辊电机的调速控制方式 28

5.3张力控制 29

5.5PLC程序及OP270组态 31

结束语 34

致谢 36

参考文献 37

37

复卷机退卷张力控制系统设计

1诸论

1.1复卷机概述

在造纸行业中，复卷机是卷筒纸生产过程中的最后一道环节，从抄纸机上生产出来的原纸卷，必须经过复卷之后才能作为成品纸出厂。

由于纸机的抄造过程是连续性的，纸卷的更换并不需要停车,而复卷机的工作是间歇式的，每次更换原纸卷时必须停车，并且通常情况下，一个原纸卷，可能要分成若干次才能复卷完毕，也就是说中间会有几次停车过程，将卷好的成品纸卷卸辊，然后更换新的纸芯，再开始一次新的复卷过程。

这些间歇过程通常是避免不了的，所以复卷机的工作车速必须要快，原纸卷的复卷时间必须小于抄造时间，否则就会造成原纸卷的积压。

由于车间的空间面积总是有限的，而且生产原纸卷所需要的卷轴数量也是有限的，如果不能及时复卷出来，则一是放置原纸卷的空间不够，二是造成没有抄造卷取所需要的卷轴，这样就会迫使纸机停车。

由于上述原因，通常要求复卷机的设计车速是纸机设计车速的3倍以上[1]，因此说复卷机是造纸设备中工作车速最快的设备，这就为复卷机的设计与制造带来了很高的要求，正如上文所述，复卷机设计车速的高低、运行工况的好坏直接影响着纸机是否能够正常工作。

另外，对复卷机的要求，除了工作车速之外，还包括成品纸卷的卷取质量。

对于成品纸卷卷取质量的评价，主要包括两个方面，一是外观要求，即分切端面是否平整光滑，没有台阶形状；其次是对内在质量的要求，首先是不允许在复卷过程中纸张出现打摺现象;再就是是紧度在纸卷径向上的分布要求，考虑到纸卷的储存、运输以及用户设备的需要，要求成品纸卷的紧度在径向上分布均匀，并呈递减性态，俗称内紧外松。

为了达到纸卷对紧度的要求，需要对纸幅张力（Tension）、压区压力（Nipload）、扭矩（Torque）这三个指标进行严格控制。

图1-1是一个典型的双底辊下引纸复卷机的简单工作示意图，对这三个方面进行了说明。

从图中可以看到，纸幅张力是纸张从原纸卷至后底辊这一段运行期间的张力，要求纸张在这一段期间内张力平稳。

否则纸幅会出现横向偏移，造成纸卷端面不齐，形成台阶形状，严重时会出现打摺，同时如上所述会影响到纸张的残余应变。

压区压力如图中所示，指压纸辊对成品纸卷形成的压力，通常为液压驱动，可通过控制液压比例阀门控制压纸辊压力，一般需要设置由程序控制的压力曲线，随着成品纸卷直径的增大使得压力逐渐减小。

扭矩为前后底辊电磁输出转矩之差，在复卷初期，要求纸卷硬度大一些，随着成

图1-1复卷机工作示意图

品纸卷直径的增大，两个转矩的差别逐渐减小，趋于相等，甚至有时要求出现负值，即使得前底辊转矩略小于后底辊转矩[1]。

1.2复卷机发展及国内外现状

随着20世纪90年代造纸机的发展突飞猛进，新概念、新技术、新装备不断涌现，造纸机车速也高达2500米/分，相随之下，复卷机也取得了同步发展，发展出了大量高新技术成果，现代复卷机发展的主要技术成果有以下[2]：

（a）复卷机的车速提高了。

设计车速已经达到了3500m/min，工作车速达到了3100m/min以上,复卷的幅宽也与纸机同步发展达到10m之多。

如法国的AdolfToss纸业有限公司引进Valmet公司生产的连续复卷、全自动WinDrum-M型的复卷机（抄速3000m/min,幅宽6000mm）,已投入生产。

我国的南平、齐齐哈尔和华泰等厂家也都引进了高速复卷机，并都投入了生产。

（b）出现了适用不同纸