CN108689206A - 一种用于印刷卷纸的张力控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于印刷设备技术领域，具体涉及一种用于印刷卷纸的张力控制系统。本发明所要解决的技术问题是提出一种用于印刷卷纸的张力控制系统，通过实时检测系统张力并对张力进行实时的动态补偿，解决现有的张力控制系统精度不高且稳定性不够强，易受干扰的问题，本发明具有精度高稳定性强的效果。

Description

一种用于印刷卷纸的张力控制系统
技术领域
本发明属于印刷设备技术领域，具体涉及一种用于印刷卷纸的张力控制系统。
背景技术
在纸张的卷取过程中，由于张力会经常发生变动，造成回卷纸卷有差异，如果张力过大纸卷就会很紧，甚至断裂，反之，张力太小纸卷又会太松。张力大小不稳定会使卷材线速度变化及卷材的松紧程度不同，导致成品率低，因此纸机收卷时的张力控制非常重要，而现有的张力控制系统精度不高且稳定性不够强，易受干扰。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种用于印刷卷纸的张力控制系统，通过实时检测系统张力并对张力进行实时的动态补偿，解决了现有的张力控制系统精度不高且稳定性不够强，易受干扰的问题，具有精度高稳定性强的效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于印刷卷纸的张力控制系统，包括控制模块、磁粉离合器被控对象和检测模块；检测模块实时检测被控对象的反馈信号，并将信号发送个控制模块进行实时处理，得出相应的处理结果，并根据该结果对磁粉离合器进行相应的控制；
所述被控对象为卷纸；
所述控制模块包括控制单元和功率放大电路，控制单元通过功率放大电路与磁粉离合器相连；
检测模块包括张力检测单元；张力检测单元实时检测张力以获得反馈信号，包括张力传感器和张力变送器，张力传感器通过张力变送器与控制模块相连；张力传感器采用轴承式张力传感器，该传感器由弹簧和差动变压器组成。
优选的,所述检测模块还包括速度检测单元，速度检测单元检测输送卷纸的速度，作为控制系统的辅助信号。
优选的,所述该系统还包括卷纸检测辊、导向辊和收卷辊；检测模块安装在检测辊上，导向辊用于引导卷纸的输送方向，收卷辊用于收卷卷纸，磁粉离合器与收卷辊相连，利用磁粉离合器来传递力矩作为收卷卷纸的动力矩，使卷纸的纸带产生张力；
检测辊和导向辊安装时呈三角形分布，安装方法满足θ1＝θ2＝60°；其中θ1和θ2分别为检测辊两边的纸带与铅垂线的夹角。
优选的,所述控制单元内设置有内模控制器，并采用PID控制算法控制该系统。
优选的,所述该系统增加了半径实时检测装置，引入了实时卷径计算，使系统根据卷径的实时值及系统实时的速度进行动态补偿，其补偿过程如下：
张力检测单元检测实时张力信号传递给控制单元，通过张力控制器的处理后得到励磁线圈电流I，电流I可以控制磁粉离合器的输出转矩M，再通过转矩来控制纸带之间的张力变化，这样整个收卷段张力控制就实现了闭环反馈控制；
励磁线圈电流I、输出转矩M和张力T的传递函数关系如下：
式中，输出转矩M，单位：N·m；励磁线圈电流IM，单位：A；张力T，单位：N；Km为磁粉离合器增益；τ为磁粉离合器滞后时间；TM为时间常数；R为收卷辊上的卷纸半径，单位：m；β为阻尼系数。
本发明有益效果是:本发明结构简单，造价低廉且精度高稳定性强。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明的具体实施方式的系统原理框图。
图2是本发明的具体实施方式的系统结构图。
图3是本发明的具体实施方式的张力传感器安装图。
图4是本发明的具体实施方式的张力传感器受力分析图。
图5是本发明的具体实施方式的控制对象模型框图。
附图中的标记为：1-轴承，2-检测辊，3-导向辊，4-收卷辊，5-磁粉离合器。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示，一种用于印刷卷纸的张力控制系统，包括控制模块、磁粉离合器5被控对象和检测模块。被控对象被卷纸，检测模块实时检测被控对象的反馈信号，并将信号发送个控制模块进行实时处理，得出相应的处理结果，并根据该结果对磁粉离合器5进行相应的控制。
本发明的控制模块包括控制单元和功率放大电路，控制单元通过功率放大电路与磁粉离合器5相连。为了提高整个张力控制的精度，减弱速度和张力之间的耦合度，在控制单元内设置有内模控制器。
如图2所示，检测模块包括张力检测单元和速度检测单元。张力检测单元实时检测张力以获得反馈信号，实现闭环控制，包括张力传感器和张力变送器，张力传感器通过张力变送器与控制模块相连。张力传感器可采用气缸控制摆辊式张力传感器、浮动辊式张力传感器或轴承式张力传感器，轴承式张力传感器由弹簧和差动变压器组成，响应精度高速度快，所以本发明采用轴承式张力传感器。速度检测单元检测输送卷纸的速度，作为控制系统的辅助信号。
磁粉离合器5精度高稳定性强，是本系统的执行机构。
如图3和4所示，本发明还包括卷纸、检测辊2、导向辊3和收卷辊4，检测模块安装在检测辊2上，导向辊3用于引导卷纸的输送方向，收卷辊4用于收卷卷纸，磁粉离合器5与收卷辊4相连，利用磁粉离合器5来传递力矩作为收卷卷纸的动力矩，使卷纸的纸带产生张力。
检测辊2和导向辊3安装时呈三角形分布，如图所示，传感器把卷纸加在受压方向上的压力作为弹簧的变形量检测出来，差动变压器将这种变形量转换为与之成比例的电信号，得出纸带张力T与压力G之间的关系为：
G＝2Tcos(θ/2)+W
式中，θ为卷纸的纸带夹角，W为检测辊2自重。
由于W可以通过张力传感器调零消除，所以当T＝G时，传感器检测到的值代表纸带的实际张力值，所以张力传感器的安装应为：
θ＝θ1+θ2＝120°，θ1＝θ2＝60°；其中θ1和θ2分别为检测辊2两边的纸带与铅垂线的夹角。
收卷纸的张力恒定控制系统实际上就是让纸带的线速度跟随着收卷的卷径变化而变化。由于收卷卷径不断变大，在本系统中增加了半径实时检测装置，引入了实时卷径计算，使系统根据卷径的实时值及系统实时的速度进行动态补偿。
张力检测单元检测实时张力信号传递给控制单元，通过张力控制器的处理后得到励磁线圈电流I，电流I可以控制磁粉离合器的输出转矩M，再通过转矩来控制纸带之间的张力变化，这样整个收卷段张力控制就实现了闭环反馈控制。
如图5所示，本系统的励磁线圈电流I、输出转矩M和张力T的传递函数关系如下：
式中，输出转矩M，单位：N·m；励磁线圈电流IM，单位：A；张力T，单位：N；Km为磁粉离合器增益；τ为磁粉离合器滞后时间；TM为时间常数；R为收卷辊上的卷纸半径，单位：m；β为阻尼系数。
整个张力闭环控制流程为，张力传感器实时检测张力信号，张力设定值与经过张力变送器放大的张力反馈值比较后其差值进入控制单元，控制单元处理后输出控制信号，再经过功率放大环节后，通过控制磁粉离合器5输出转矩的大小达到控制张力的目的。而利用速度检测可以对机器运转进行预测和补偿。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于印刷卷纸的张力控制系统，其特征在于,包括控制模块、磁粉离合器(5)被控对象和检测模块；检测模块实时检测被控对象的反馈信号，并将信号发送个控制模块进行实时处理，得出相应的处理结果，并根据该结果对磁粉离合器(5)进行相应的控制；
所述被控对象为卷纸；
所述控制模块包括控制单元和功率放大电路，控制单元通过功率放大电路与磁粉离合器(5)相连；
检测模块包括张力检测单元；张力检测单元实时检测张力以获得反馈信号，包括张力传感器和张力变送器，张力传感器通过张力变送器与控制模块相连；张力传感器采用轴承式张力传感器，该传感器由弹簧和差动变压器组成。
2.根据权利要求1所述的用于印刷卷纸的张力控制系统，其特征在于,所述检测模块还包括速度检测单元，速度检测单元检测输送卷纸的速度，作为控制系统的辅助信号。
3.根据权利要求1所述的用于印刷卷纸的张力控制系统，其特征在于,所述该系统还包括卷纸检测辊(2)、导向辊(3)和收卷辊(4)；检测模块安装在检测辊(2)上，导向辊(3)用于引导卷纸的输送方向，收卷辊(4)用于收卷卷纸，磁粉离合器(5)与收卷辊(4)相连，利用磁粉离合器(5)来传递力矩作为收卷卷纸的动力矩，使卷纸的纸带产生张力；
检测辊(2)和导向辊(3)安装时呈三角形分布，安装方法满足θ1＝θ2＝60°；其中θ1和θ2分别为检测辊(2)两边的纸带与铅垂线的夹角。
4.根据权利要求1所述的用于印刷卷纸的张力控制系统，其特征在于,所述控制单元内设置有内模控制器，并采用PID控制算法控制该系统。
5.根据权利要求1所述的用于印刷卷纸的张力控制系统，其特征在于,所述该系统增加了半径实时检测装置，引入了实时卷径计算，使系统根据卷径的实时值及系统实时的速度进行动态补偿，其补偿过程如下：
张力检测单元检测实时张力信号传递给控制单元，通过张力控制器的处理后得到励磁线圈电流IM，电流IM可以控制磁粉离合器5的输出转矩M，再通过转矩来控制纸带之间的张力变化，这样整个收卷段张力控制就实现了闭环反馈控制；
励磁线圈电流IM、输出转矩M和张力T的传递函数关系如下：
式中，输出转矩M，单位：N·m；励磁线圈电流IM，单位：A；张力T，单位：N；Km为磁粉离合器增益；τ为磁粉离合器滞后时间；TM为时间常数；R为收卷辊上的卷纸半径，单位：m；β为阻尼系数。
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