台达变频器在凹版印刷机上的应用———台达变频器在凹版印刷机上

［编辑简介］：本文介绍了凹版印刷机的基本结构和工艺特点，提出一个台达VE系列变频器在凹版印刷机上的实际应用案例，对系统的构成加以说明并给出张力控制的计算与变频器参数的设置信息。［摘要］：本文以实际凹版印刷机调试为实例，介绍台达VE系列变频器在凹版印刷机上的应用。［关键词］：台达 VE系列变频器 凹版印刷机
           凹版印刷是印刷工艺中的一种，它与平版印刷、凸版印刷、丝网印刷一起被称为四大印刷方式。凹版印刷是一种直接的印刷方式，印刷版上的凹槽就是印刷文字和图案，印刷时先在凹槽中盛满油墨，将印刷版上多余的油墨(非印刷面上的油墨)用刮墨刀刮净，然后通过压印胶辊给印刷版加以适当的压力，把油墨从印刷版凹面内挤压到被印刷物上，而达到印刷的目的。
         凹版印刷的承印物选择多样、印刷质量稳定性好，印刷品在层次表现上、图像质量上都属上乘，在欧美是将以大批量生产为目标的出版印刷作为主体而发展的，在日本则是以包装凹印为中心而普及的。
         根据使用的凹版种类和印刷方式，凹版印刷又可划分为：手工雕刻凹版印刷、化学腐蚀凹版印刷、电子雕刻凹版印刷和间接凹版印刷四大类。凹版印刷机则可分为机组式和卫星式；单张纸凹印机和卷筒纸凹印机；单色凹印机和多色凹印机等。
凹版印刷机的结构和系统
         凹版印刷机的基本结构为：给纸装置，印刷装置，输墨装置，以及收纸装置。结构示意图如下图1。
  
            印刷机的控制系统非常复杂，一般来说可分为几部分：张力控制系统，套色控制系统以及烘干系统。今天我们主要分析一下其中的张力控制系统。
          张力控制系统的目的就是为了保证印刷材料的张力恒定，或者符合客户要求。一般来说，目前市场上最常见的7电机4张力控制系统，示意图如下图2。

   
   
   
  3．参数设置
          主牵引电机为异步电机（15kW、380V、29.6A、1430r/m、50Hz），牵引辊直径为320mm，由一台15kW的B系列变频器控制。此设备最高线速度为100m/min，收卷电机是一台普通异步电机（380V、58.5A、4极、50Hz/30kW），使用一台300V43A-2变频器（配置EMV-PG01O）来控制，电机带一台512ppr编码器，减速比为6.77：1。收卷最大卷径1500mm。
依据对客户提出的要求分析，决定采用厚度积分法来计算卷径，收卷变频器采用转矩模式控制，模拟量给定张力以及张力锥度可调。
收卷变频器参数设置见表1。
  
   
  结论
         本台设备采用台达变频器控制收卷部分，较客户之前使用的方案（张力离合器）能够实现更大的卷径变化（最大卷径从1000mm能够做到1500mm），更快的线速度（最大线速度从60m能够做到100m），且张力稳定，调试方便，设备的价值也有了很大的提升。此方案得到了客户的认可，客户目前也在要求厂家将放卷部分改为台达变频器控制方式。
   
   
   
   
   
  
  张力控制系统中，常用的方式有以下三种：
1.力矩电机张力控制系统
2.磁粉制动器（磁粉离合器）张力控制系统
3.变频器张力控制系统
        力矩电机控制系统的优点是结构简单，张力稳定，缺点是可调范围窄，线性度不好，适用于张力精度要求不高的场合，例如线缆等。磁粉制动器控制系统的优点是张力稳定性好，缺点是线性度不好，可控制的卷径范围不大，长期工作存在发热问题，需要配置外部散热系统。变频器控制系统的优点是张力控制稳定且系统反应快，结构简单，速度可调范围广，通过特殊算法的支持，能够很好的支持卷径变化大的场合；通过共直流母线的方式，在持续放卷场合能够起到一定的节能作用。随着半导体芯片技术的发展，变频器驱动技术性能得到很大的提升，但价格呈现下降的趋势，表现出良好的性价比，得到了广大用户的认可。
  台达变频器在凹版印刷机上的实际应用案例
1．基本介绍
        本案例中调试的凹版印刷机为机组式印刷机，主要用于80~400g/m2纸箱预印，烟包、纸盒等纸类印刷，印刷色组为两色。最高线速度为100m/min，收卷最大卷径为1500m。
        由于本设备放卷张力采用张力控制器+磁粉制动+张力传感器的方式，而收卷张力采用变频器来控制，所以设备的难点在于收卷张力的控制，张力大小要合适：张力太小，收卷时会松弛；张力太大，收卷时材料易起皱。另外，由于收卷时纸张的直径不断变大，如果收卷轴的转速保持恒定，则纸张的收卷线速度会越来越大，这样容易出现拉断纸张的问题。
2．台达变频器应用介绍
       在该印刷机上，使用台达所推出的能够进行恒张力控制的VE系列变频器，通过变频器对电机的控制就能够自动实现印刷机张力恒定的目的。整个应用具有调节方便、性价比高的特点。图3为印刷机张力控制示意图。
  
  

恒张力控制的计算公式为：T = ( F * D ) / ( 2 * G )
         其中T为电机输出转矩，F为线材上张力大小，D为收/放卷辊实际大小。恒张力控制的目的就是要控制F的大小恒定，但是变频器只能控制电机的输出转矩T。如果知道了D，我们就可以通过控制T来达到控制F的目的。
         使用台达VE系列变频器就直接提供通过控制转矩来实现恒张力控制的功能：参数8-21=4。
由于收/放卷辊的实际大小D是随着运行时间的变化而变化的，所以D值的准确性是此方法成功的关键。目前通常有两种方法可以参考：1厚度法；2线速度计算法。
         厚度法的原理是建立在对材料厚度的了解情况下，电机每运转一圈，收卷辊直径会增加两个材料厚度，放卷辊直径会减小两个材料厚度。此方法主要使用在收放卷材料厚度均匀的情况下，优点是计算出来的厚度值准确，缺点是需要使用者在变频器相关参数中输入材料厚度信息。
线速度计算法的公式为：D = ( G * V ) / (π* n )
        其中D为当前卷径，G为机械传动比，V为当前线速度，n为电机转速。当前线速度可通过模拟量或者脉冲的形式采集。线速度计算法可以使用在材料厚度不均匀的场合，不需要对材料厚度值的设置，降低了对操作工的要求；缺点是计算出来的当前卷径值会受线速度采集准确度的影响，如果线速度波动很大，则当前卷径值也会出现很大波动。
        有的卷曲控制，需要材料张力随着卷径增大而相应降低，以防止损伤卷轴和提高产品卷曲质量，此设备就有张力锥度的需要。
         张力锥度的公式多种多样，这里介绍其中一种：F=F0 * [1-K(1-D0/D)]
其中F实际输出张力，F0设定张力，K张力锥度系数，D0最小卷径，D当前卷径。
由于此台设备为通用设备，不同的纸质要求的张力锥度也不尽相同，所以要求使用模拟量来设定张力锥度。张力锥度示意图见图4。