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臺達變頻器在凹版印刷機上的應用

作者: 2013年07月22日 來源: 瀏覽量:
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本文以實際凹版印刷機調試為實例,介紹臺達VE系列變頻器在凹版印刷機上的應用。   凹版印刷是印刷工藝中的一種,它與平版印刷、凸版印刷、絲網印刷一起被稱為四大印刷方式。凹版印刷是一種直接的印刷方式,印刷版

  本文以實際凹版印刷機調試為實例,介紹臺達VE系列變頻器在凹版印刷機上的應用。

  凹版印刷是印刷工藝中的一種,它與平版印刷、凸版印刷、
絲網印刷一起被稱為四大印刷方式。凹版印刷是一種直接的印刷方式,印刷版上的凹槽就是印刷文字和圖案,印刷時先在凹槽中盛滿油墨,將印刷版上多余的油墨(非印刷面上的油墨)用刮墨刀刮凈,然后通過壓印膠輥給印刷版加以適當的壓力,把油墨從印刷版凹面內擠壓到被印刷物上,而達到印刷的目的。

  凹版印刷的承印物選擇多樣、印刷質量穩定性好,印刷品在層次表現上、圖像質量上都屬上乘,在歐美是將以大批量生產為目標的出版印刷作為主體而發展的,在日本則是以包裝凹印為中心而普及的。

  根據使用的凹版種類和印刷方式,凹版印刷又可劃分為:手工雕刻凹版印刷、化學腐蝕凹版印刷、電子雕刻凹版印刷和間接凹版印刷四大類。凹版印刷機則可分為機組式和衛星式;單張紙凹印機和卷筒紙凹印機;單色凹印機和多色凹印機等。

  凹版印刷機的結構和系統

  凹版印刷機的基本結構為:給紙裝置,印刷裝置,輸墨裝置,以及收紙裝置。結構示意圖如下圖1:


圖1 印刷機結構示意圖

  印刷機的控制系統非常復雜,一般來說可分為幾部分:張力控制系統,套色控制系統以及烘干系統。今天我們主要分析一下其中的張力控制系統。

張力控制系統的目的就是為了保證印刷材料的張力恒定,或者符合客戶要求。一般來說,目前市場上最常見的7電機4張力控制系統,示意圖如下圖2:


圖2 七電機張力控制系統示意圖

  張力控制系統中,常用的方式有以下三種:
  1.力矩電機張力控制系統
  2.磁粉制動器(磁粉離合器)張力控制系統
  3.變頻器張力控制系統
  力矩電機控制系統的優點是結構簡單,張力穩定,缺點是可調范圍窄,線性度不好,適用于張力精度要求不高的場合,例如線纜等。磁粉制動器控制系統的優點是張力穩定性好,缺點是線性度不好,可控制的卷徑范圍不大,長期工作存在發熱問題,需要配置外部散熱系統。變頻器控制系統的優點是張力控制穩定且系統反應快,結構簡單,速度可調范圍廣,通過特殊算法的支持,能夠很好的支持卷徑變化大的場合;通過共直流母線的方式,在持續放卷場合能夠起到一定的節能作用。隨著半導體芯片技術的發展,變頻器驅動技術性能得到很大的提升,但價格呈現下降的趨勢,表現出良好的性價比,得到了廣大用戶的認可。

  臺達變頻器在凹版印刷機上的實際應用案例

  1.基本介紹

  本案例中調試的凹版印刷機為機組式印刷機,主要用于80~400g/m2紙箱預印,煙包、紙盒等紙類印刷,印刷色組為兩色。最高線速度為100m/min,收卷最大卷徑為1500m。

  由于本設備放卷張力采用張力控制器+磁粉制動+張力傳感器的方式,而收卷張力采用變頻器來控制,所以設備的難點在于收卷張力的控制,張力大小要合適:張力太小,收卷時會松弛;張力太大,收卷時材料易起皺。另外,由于收卷時紙張的直徑不斷變大,如果收卷軸的轉速保持恒定,則紙張的收卷線速度會越來越大,這樣容易出現拉斷紙張的問題。

  2.臺達變頻器應用介紹

  在該印刷機上,使用臺達所推出的能夠進行恒張力控制的VE系列變頻器,通過變頻器對電機的控制就能夠自動實現印刷機張力恒定的目的。整個應用具有調節方便、性價比高的特點。圖3為印刷機張力控制示意圖。


圖3 印刷機張力控制示意圖

  恒張力控制的計算公式為:

  T = ( F * D ) / ( 2 * G )

  其中T為電機輸出轉矩,F為線材上張力大小,D為收/放卷輥實際大小。恒張力控制的目的就是要控制F的大小恒定,但是變頻器只能控制電機的輸出轉矩T。如果知道了D,我們就可以通過控制T來達到控制F的目的。

  使用臺達VE系列變頻器就直接提供通過控制轉矩來實現恒張力控制的功能:參數8-21=4。

  由于收/放卷輥的實際大小D是隨著運行時間的變化而變化的,所以D值的準確性是此方法成功的關鍵。目前通常有兩種方法可以參考:1厚度法;2線速度計算法。

  厚度法的原理是建立在對材料厚度的了解情況下,電機每運轉一圈,收卷輥直徑會增加兩個材料厚度,放卷輥直徑會減小兩個材料厚度。此方法主要使用在收放卷材料厚度均勻的情況下,優點是計算出來的厚度值準確,缺點是需要使用者在變頻器相關參數中輸入材料厚度信息。

  線速度計算法的公式為:D = ( G * V ) / (π* n )

  其中D為當前卷徑,G為機械傳動比,V為當前線速度,n為電機轉速。當前線速度可通過模擬量或者脈沖的形式采集。線速度計算法可以使用在材料厚度不均勻的場合,不需要對材料厚度值的設置,降低了對操作工的要求;缺點是計算出來的當前卷徑值會受線速度采集準確度的影響,如果線速度波動很大,則當前卷徑值也會出現很大波動。

  有的卷曲控制,需要材料張力隨著卷徑增大而相應降低,以防止損傷卷軸和提高產品卷曲質量,此設備就有張力錐度的需要。

  張力錐度的公式多種多樣,這里介紹其中一種:F=F0 * [1-K(1-D0/D)]

  其中F實際輸出張力,F0設定張力,K張力錐度系數,D0最小卷徑,D當前卷徑。

  由于此臺設備為通用設備,不同的紙質要求的張力錐度也不盡相同,所以要求使用模擬量來設定張力錐度。張力錐度示意圖見圖4。

  3.參數設置

  主牽引電機為異步電機(15kW、380V、29.6A、1430r/m、50Hz),牽引輥直徑為320mm,由一臺15kW的B系列變頻器控制。此設備最高線速度為100m/min,收卷電機是一臺普通異步電機(380V、58.5A、4極、50Hz/30kW),使用一臺300V43A-2變頻器(配置EMV-PG01O)來控制,電機帶一臺512ppr編碼器,減速比為6.77:1。收卷最大卷徑1500mm。

  依據對客戶提出的要求分析,決定采用厚度積分法來計算卷徑,收卷變頻器采用轉矩模式控制,模擬量給定張力以及張力錐度可調。

  結論

  本臺設備采用臺達變頻器控制收卷部分,較客戶之前使用的方案(張力離合器)能夠實現更大的卷徑變化(最大卷徑從1000mm能夠做到1500mm),更快的線速度(最大線速度從60m能夠做到100m),且張力穩定,調試方便,設備的價值也有了很大的提升。此方案得到了客戶的認可,客戶目前也在要求廠家將放卷部分改為臺達變頻器控制方式。

  作者簡介:王浩,男,1978年11月出生,2000年畢業于武漢科技大學自動化專業,工程師職稱,目前任職于中達電通股份有限公司AMD產品處,負責變頻器的售前售后技術工作,主要負責變頻器產品在機床/線纜/印刷等方面的應用。

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