CN202319278U

CN202319278U - 机组式凹版印刷机的自适应pid张力控制系统

Info

Publication number: CN202319278U
Application number: CN2011204843766U
Authority: CN
Inventors: 庞少朋; 练大伟
Original assignee: Shaanxi Beiren Printing Machinery Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Beiren Printing Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2021-11-29

Abstract

本实用新型公开了一种机组式凹版印刷机的自适应PID张力控制系统，包括设置在PLC中的PID控制器，PID控制器与变频器连接，变频器与变频电机连接；在放料、引入、引出、收料部分分别设置有各自的摆辊电位器，PID控制器另与所有的摆辊电位器和人机界面连接；所述的PID控制器主要包括比例单元、积分单元和微分单元组成。本实用新型的有益效果是，1)PID参数有原来的静态变为动态，是凹版印刷机始终处于最佳工作状态，提高印刷产品的质量。2)减少摆辊的调节时间，减少摆辊摆动幅度，提高响应时间。3)减少废品率。

Description

机组式凹版印刷机的自适应PID张力控制系统

技术领域

本实用新型属于印刷机械技术领域，涉及一种机组式凹版印刷机的自适应PID张力控制系统。

背景技术

由于PID调节器规律简，运行可靠，易于实现，所以PID控制器仍然是目前工业生产过程控制系统中应用最广泛的一类控制器。凹版印刷机中的张力控制是整个电气控制系统设计中的核心内容，而PID控制器的参数整定又是张力控制器的重中之重，它是根据被控过程的特性来确定PID控制器的比例系数，积分时间以及微分时间的大小。

由于凹版印刷机的放卷和收卷的负载特性比较特殊，随着印刷过程的进行，其相应的卷取半径会发生变化，同样其转动惯量也跟着发生变化。另外，由于各种产品对工艺的要求各不相同，所以印刷速度也会随着工艺的转换而切换。同时凹版印刷机的工作过程就是一个不断重复自动收放料，自动升降速的过程，实际就是各种不同状态的相互切换。但现有的PID控制器的参数是在某个卷径范围内整出的一组固定的P、I、D参数，这样的参数往往是一种折中的参数，这种折中的参数通常不能全部兼顾，从而影响印刷机的精度。

发明内容

本实用新型的目的是，提供一种机组式凹版印刷机的自适应PID张力控制系统，解决了现有技术中PID控制器的参数是在某个卷径范围内整出的一组固定的P、I、D参数，这种折中的参数通常不能全部兼顾，影响了印刷机的精度，导致产品的质量不稳定、产量低、废品率高、原材料消耗大的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种机组式凹版印刷机的自适应PID张力控制系统，包括设置在PLC中的PID控制器，PID控制器与变频器连接，变频器与变频电机连接；在放料、引入、引出、收料部分分别设置有各自的摆辊电位器，PID控制器分别与所有的摆辊电位器连接，PLC还和人机界面连接。

本实用新型的有益效果是与背景技术相比，1)PID参数有原来的静态变为动态，是凹版印刷机始终处于最佳工作状态，提高印刷产品的质量。2)减少摆辊的调节时间，减少摆辊摆动幅度，提高响应时间。3)减少废品率。

附图说明

图1是本实用新型机组式凹版印刷机的张力控制系统示意图；

图2是本实用新型系统的自适应PID参数启动P值变化示意图；

图3是本实用新型系统的自适应PID参数启动I值变化示意图；

图4是本实用新型系统得到的适合当前卷径的P值示意图；

图5是本实用新型系统得到的适合当前卷径的I值示意图。

图中，1.人机界面，2.PID控制器，3.变频器，4.变频电机，5.摆辊电位器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对进行详细说明。

如图1所示，本实用新型控制系统的结构是，包括设置在PLC中的PID控制器2，PID控制器2与变频器3连接，变频器3与变频电机4连接；在放料、引入、引出、收料部分分别设置有各自的摆辊电位器5，PID控制器2另与所有的摆辊电位器5连接，人机界面与PLC连接。

人机界面1选用触摸屏，实现人和机器的信息交换，设定和显示机器运行时所必须的差数。PID控制器2用于完成整个系统的控制程序的编制，实现具体的工艺和数据处理。变频器3通过速度给定信号还实现变频电机4的变频控制。摆辊电位器5通过摆辊电位器来检测当前张力的变化，其输入作为PID的偏差量。

凹版印刷机的张力控制由西门子PLC程序实现，通过人机界面显示及设定相关参数，来实现交流矢量变频电机驱动，组成一套完善的七变频电机张力控制系统。在放料、引入、引出、收料分别装有一个摆辊电位器，通过摆辊位置的变化来采集电位器上的电压或电流的变化，达到采集张力反馈信号的目的。其输入e(t)与输出u(t)的关系为：

U(t)＝KP(e(t)+1/∫e(t)dt+TD*de(t)/dt)，式中积分的上下限分别是0和t。

它的传递函数为：G(s)＝U(s)/E(s)＝KP(1+1/(TI*s)+TD*s)，其中KP为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。

由PID控制器输入e(t)与输出u(t)的关系可得：当e(t)一定，且PID控制器中的各个参数固定不变，其输出u(t)也固定不变。当卷取半径逐渐增大时，其相应的惯性也增大，这样固定的输出将不在满足控制系统的要求，使摆辊产生震荡，使张力产生变化。

自适应PID参数控制就是首先确定满足某一卷径范围内大卷径和小卷径所对应的P值和I值。然后通过卷取半径的变化线性的计算不同卷径所对应的P值和I值，从而使控制器的输出随着收放料卷径的变化而变化。

参见图2、图3，本实用新型是将原来固定的P、I、D参数通过一定的算法转换为实时变化的，从而使PID控制器的输出更加满足控制系统的要求，以下通过启动、印刷来说明。

(1)启动

由于印刷原材料的卷取半径各不相同，当收放料卷的卷取半径比较大时，机器启动时如果小卷可以建立张力，那么大卷张力就不容易建立，这是因为大小卷的转动惯量相差比较大，固定的PID参数不能满足控制系统的要求。自适应PID参数变化，启动P值和启动I值的曲线参照图2、图3所示。

假设启动时小卷卷径为D1，大卷卷径为D2，小卷对应的比例积分为P1，大卷对应的比例积分为P2，当前卷径为D，当前卷径对应的比例积分为P，则P通过如下的算法实现

(P2-P1)/(D2-D1)＝(P-P1)/(D-D1)，

(D-D1)×(P2-P1)/(D2-D1)＝P-P1，

P＝(P2-P1)×(D-D1)/(D2-D1)+P1。

这样就能通过起始卷径的比例系数和终止卷径的比例系数，以及当前的卷径值计算出一个合适的PID参数，使PID控制器的输出更加满足控制系统的要求，使控制系统更加稳定。

(2)印刷过程

随着印刷过程的进行，收放料卷取半径会逐渐的增大或减小，其惯性也相应变大或变小，另外由于不同的工艺转换而要求切换不同的印刷速度，固定PID参数的控制效果往往不能达到最佳状态，自适应PID参数根据某一范围内大卷和小卷对应的P、I值以及当前的卷径值，计算出适合当前卷径的P值和I值，具体参照图4、图5所示。

Claims

1.一种机组式凹版印刷机的自适应PID张力控制系统，其特点在于：包括设置在PLC中的PID控制器(2)，PID控制器(2)与变频器(3)连接，变频器(3)与变频电机(4)连接；在放料、引入、引出、收料部分分别装有各自的摆辊电位器(5)，PID控制器(2)分别与所有的摆辊电位器(5)连接，PLC还和人机界面(1)连接。

2.根据权利要求1所述的机组式凹版印刷机的自适应PID张力控制系统，其特点在于：所述的PID控制器(2)主要包括比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。