中心議題：

• 台達機電產品在雙工位印刷塗布機上的應用
• 雙工位印刷塗布機的控製係統及原理分析

雙工位印刷塗布機主要用於BOPP
、PVC、PET紙等材料製作膠帶、反光膜
、保護膜及塗色、塗藥水之用，分A型機主要用於塗布BOP P、PVC、PET及紙張，受熱後不會延伸的材料，和B型機用於PE等受熱後會延伸的材料。雙工位印刷機采用台達變頻調速器控製速度
，台達PLC係xi統tong進jin行xing自zi動dong張zhang力li控kong製zhi技ji術shu，采cai用yong綱gang線xian輥gun塗tu布bu或huo三san輥gun逆ni轉zhuan計ji量liang刮gua刀dao塗tu布bu等deng方fang式shi，上shang膠jiao均jun勻yun，上shang膠jiao量liang可ke調tiao
，采cai用yong電dian加jia熱re或huo蒸zheng氣qi加jia熱re幹gan燥zao方fang式shi。雙工位印刷塗布機外形圖如圖1所示。

圖1  雙工位印刷塗布機外形圖

1  應用簡介

雙工位印刷塗布機的機械結構可以分為雙工位放卷部分、印刷塗布及烘幹部分
、收卷部分等
；傳動點主要有放卷A軸、放卷B軸
、放卷牽引
、印刷塗布軸
、鏈輪傳動軸、主牽引電機、收卷軸等。

雙工位印刷塗布機的工作原理是，安裝好欲加工紙張或PE膜在放卷軸A或B軸上
，再預張緊放卷、收卷輥後壓上靠錕，同時按走紙方向傳遞紙張啟動主電機
，使版輥與壓輥壓合，並調整至合適的張力即可開機
；調節調偏輥的位置可以調節紙張的平整度
；調節擺杆汽缸氣壓可以控製紙張或PE膜mo等deng加jia工gong品pin的de張zhang力li
，放fang卷juan軸zhou通tong過guo張zhang力li擺bai杆gan調tiao節jie膜mo的de速su度du平ping穩wen，及ji放fang卷juan牽qian引yin和he塗tu布bu印yin刷shua及ji收shou卷juan軸zhou等deng都dou通tong過guo擺bai杆gan反fan饋kui調tiao節jie傳chuan動dong點dian速su度du平ping穩wen運yun行xing
，從cong而er達da到dao良liang好hao的de印yin刷shua質zhi量liang和he效xiao果guo。設she備bei的de主zhu要yao技ji術shu參can數shu如ru下xia表biao1。

表1  主要技術參數表

2  控製係統清單

HMI：     DOP-B07S（7寸)
變頻器：VFD110V43A-2（11kW，放卷A）
              VFD110V43A-2（11kW，放卷B）
              VFD037V43A-2（3.7kW，放卷牽引）
              VFD022V43A-2（2.2kW，印刷塗布輥）
              VFD037V43A-2（3.7kW，鏈輪）
              VFD037V43A-2（3.7kW
，主牽引）
              VFD037V43A-2（3.7kW，收卷）
              EMV-PG01O*7（編碼器卡）
PLC：    DVP-80EH2*1（主機）
              DVP04AD*1（模擬量輸入模塊）
              DVP04DA*2（模擬量輸出模塊）
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3 控製係統結構圖

控製係統如題2 所示。

圖2  控製係統

4 原理分析

雙工位印刷塗布機的控製工藝主要在於多軸傳動的速度同步及收
、放卷、牽引、印刷塗布等的張力恒定
，以及放卷過程中的卷徑計算，和雙工位放卷A
、B軸切換等工藝要求。收放卷張力控製非常關鍵，收卷張力應合適，張力太小，紙張收卷時會鬆弛
；張力太大，收卷時材料易起皺。本例中通過放卷張力擺杆對擺杆角度進行反饋，從而PID調節放卷速度來達到張力大小恒定和速度平穩要求；另外，由於放卷時卷軸的直徑不斷變小，如果放卷軸的轉速保持恒定，則卷軸的放卷線速度會越來越小，這樣容易出現拉斷PE膜的問題。為了解決此問題，放卷傳動的控製必須要進行卷徑計算
，計算出基準速度。

4.1  VFD-VE變頻的閉環矢量控製模式
xitongzhongsuoyoubianpinchuandongzhoujuncaiyonglebianmaqifankuidebihuandeshiliangkongzhimoshi
，zhisuoyishiyongbihuanshiliangkongzhimoshi，shiweilebaozhengchuandongzhoudesudukongzhijingdunenggougengzhunque

、更快速、更穩定，盡量避免電機的滑差所造成的不同速度的線速度線形關係。

4.2  實現過程
包括放卷、放卷牽引、塗布印刷
、收卷等4個軸均需要調整張力恒定的速度控製模式，實現過程為：首先以電子主軸方式計算出各軸的實際基準線速度，然後將基準速度的±5%線速度做為PID調節的允許調節範圍，再通過采集的擺杆位置角度反饋做為PID反饋值來調節各軸的速度平穩和張力恒定
；通過對PID參數的調試後最後正常工作到65米/分的極限速度時任能保證速度的平穩，張力擺杆的擺動幅度不超過±1%
；

4.3  收放卷控製
對於收放卷控製，主要有兩個方麵：速度控製與恒張力控製。由於紙張材料的運行線速度是通過壓輥的方式接觸（不會出現打滑現象），所以隻需要分別控製收卷電機的速度就可以了。

由於放卷棍的實際大小是隨著運行時間的變化而變化的，所以它的準確性是基準速度的關鍵。目前通常有兩種方法可以參考：厚度法與線速度計算法。

houdufadeyuanlishijianlizaiduicailiaohoududelejieqingkuangxia，dianjimeiyunzhuanyiquan，shoujuangunzhijinghuizengjialianggecailiaohoudu，fangjuangunzhijinghuijianxiaolianggecailiaohoudu。cifangfazhuyaoshiyongzaishoufangjuancailiaohoudujunyundeqingkuangxia，youdianshijisuanchulaidehouduzhizhunque
，quedianshixuyaoshiyongzhezaibianpinqixiangguancanshuzhongshurucailiaohouduxinxi。

線速度計算法的原理主要是依據以下公式：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wei電dian機ji轉zhuan速su。當dang前qian線xian速su度du可ke通tong過guo模mo擬ni量liang或huo者zhe脈mai衝chong的de形xing式shi采cai集ji。線xian速su度du計ji算suan法fa的de優you點dian是shi可ke以yi使shi用yong在zai材cai料liao厚hou度du不bu均jun勻yun的de場chang合he，不bu需xu要yao對dui材cai料liao厚hou度du值zhi的de設she置zhi，降jiang低di了le對dui操cao作zuo工gong的de要yao求qiu；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。

通過計算卷徑得出來的卷徑值基本上等於實際測量的卷徑值，所以同樣可以計算出PID調節的±5%的調節範圍，為加大彈性，可以將±5%的範圍放大到±15%，結果仍然比較理想，可以保證張力擺杆的正常波動範圍在±1%範圍內。

注意：加減速過程中禁止計算卷徑
，因為在加減速的過程中給定目標速度是增加的，而PID調節的速度跟隨是遲後的
，所以盡量避免在速度變化的過程中計算卷徑。

4.4  計算過程
放卷在低速（0～5Hz）運行時由於不可避免因為電機滑差等因數造成的給定轉速和實際輸出轉速誤差肯定會大於PID調節範圍±15%，所以工藝要求PID調節範圍應該是在傳動軸（0～5Hz）運行過程中出現一個成反比的計算公式即：F=K/V
，其中F為PID允許調節範圍
，K為常數值

，V是傳動軸的實際輸出頻率，通過此計算公式後得出實際的PID允許調節範圍F值為：±150%～15%（0～5HZ）
；±%15（5～50HZ）。
通過不同速度輸出情況下對PID波動範圍的調節完全滿足了全部情況下的高精度PID速度控製既做到了高速情況下的小比例大幅度特性
，又滿足了低速情況下的大比例小幅度特性。
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4.5開機預張緊功能
在初次上膜的開機後，通過判斷收、放卷擺杆角度是否在張緊位置
，否則將在此階段禁止PID調節，采用固定速度運行收卷和停止放卷。當判斷收卷
、放卷擺杆回到規定角度內後從新將速度切換到PID功能中。

4.6放卷雙工位切換
在當前卷工作到放料結束時預啟動備用卷（通過設置的初始卷徑為基礎計算出固定速度運行），人為操作接料後停止當前卷，並將備用卷的速度切換到PID控製速度方式，完成雙工位放卷接料控製過程。

5 通過觸摸屏進行參數設置

主畫麵反映了全部傳動軸的運行狀態、當前放卷卷徑
、線速度，以及各個擺杆的張力角度位置等，如圖3所示。參數設置界麵提供了一些工藝參數數據等，如圖4所示。

圖3  塗布機主界麵

圖4   參數設置

6 結論

通過對雙工位印刷塗布機係統的調試，使得此雙工位印刷塗布機能夠在0～65米/分的最大速度控製範圍內保持恒定的張力和穩定的線速度
，特別是全部的4個張力擺杆的角度偏差不超過±1%的(de)波(bo)動(dong)範(fan)圍(wei)，非(fei)常(chang)有(you)效(xiao)地(di)保(bao)證(zheng)了(le)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)及(ji)高(gao)速(su)的(de)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)。經(jing)過(guo)在(zai)最(zui)終(zhong)客(ke)戶(hu)的(de)使(shi)用(yong)，得(de)到(dao)了(le)客(ke)戶(hu)的(de)肯(ken)定(ding)。另(ling)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)重(zhong)要(yao)的(de)意(yi)義(yi)在(zai)於(yu)通(tong)過(guo)此(ci)次(ci)台(tai)達(da)全(quan)係(xi)列(lie)產(chan)品(pin)特(te)別(bie)是(shi)VFD-VE變頻及PLC組成的係統在印刷行業的成功應用，開創了台達產品及係統在本地區印刷行業的新局麵。