论文部分内容阅读
【摘要】随着科技的不断进步，造纸工艺也在逐渐进步和发展，但由于卷纸机运行过程中的纸卷较为松软，导致其在工作的过程中可能出现一些破损问题，有时卷纸的边缘位置裁切也会出现一些不整齐等问题，这些问题是制约企业发展的重点，为了保证企业的正常运行，需要对其进行再次的生产。伴随着现代卷纸机自动化的程度越来越高，人们对产品的质量等提出了越来越高的要求，此外，卷纸机的工作效率也是企业关注的一个重点，为了提高复卷机的使用性能，需要对其控制系统和传动系统进行有效的设计，提高企业的经济效益。
【关键词】自动控制；传动；控制系统；复卷机
为了更好的促进我国的造纸企业发展，提高其经济效益，复卷机的工作效率行和运行质量对企业具有非常重要的作用，本文对高速双底辊复卷机的自动控制系统设计进行了简单的研究，为企业的发展提供了几点建议，帮助造纸企业提高复卷机的工作效率和质量。而对于复卷机的自动控制系统，其主要包含控制系统和传动系统，本文对两者的设计进行了简单的分析。
1、复卷机的工作原理
对于复卷机，其在工作的过程中会同时发生三个操作：开卷、分切纸以及对分切纸的复卷，对于每一个动作都有不同的要求，在进行开卷和复卷时，对于纸幅的张力具有较高的要求，需要保证对其进行准确的校正，这样能够使得卷纸在复卷时符合企业的操作需求，达到规定的宽度要求，为了保证分切工作的有效性，防止分切过程中出现一些错位等问题，影响复卷机的工作性能，需要对复卷机的工作状态进行准确的把握。此外，在进行切刀的移动时，需要对刀片的状态进行检查，包括其锋利程度是否能够满足施工要求，发现问题后需要对其进行及时的更换。
对于复卷机的工作状态，其主要是由复卷机的控制系统所监控的，像复卷机工作过程汇总，传动系统的开卷和分切等工作状态都是在监控系统的控制下完成，此外，控制系统还会对复卷机的纸幅进行有效的控制，保证其能够符合工作要求，其主要是由复卷机的传动系统进行控制的。复卷机的控制系统在运行过程中能够对复卷机的分切和纸卷的状态等进行全面的监控，然后通过高效的校准措施来保证复卷机的正常工作。
2、复卷机的传动系统
在本文研究中，复卷机的传动系统采用的是东芝公司的传动控制系统，而传动电机则是采用的三菱公司的三相异步鼠笼式交流变频电机。根据复卷机的工作需求，对传动电机的电源进行合适的选择。对于传动系统，其电动机的功率一般情况下都在1MW以下，因此，在选择变频器时经常选用的是交直流电压型的变频器。根据对复卷机的工作原理进行研究可以发现，其底辊电动机的转速和转矩的方向需哟保持一致性，在工作过程中，电动机的功率通过直流母线的经逆变器传输到底辊电动机内部，是电动机保持正常的工作水平。在复卷机进行开卷工作时，电动机的转速和转矩方向发生了改变，成为相反的状态，而对于功率的流动方向也发生了相反的流动。对于变频器的主电路，其在进行设计的过程中往往采用的是公共直流母线的工作模式，通过这种方法能够保证开卷机和地滚电机的逆变器连接在同一段直流母线上。通过这种连接方式的使用，使整个复卷机的整流器的容量得到了有效的降低。
然后是复卷机的主传动电机的选型，首先是对退纸辊的电机选型，为了保证复卷机的正常工作，在选择复卷机的开卷电机时，需要将其和复卷机的底辊电机进行综合性的考虑，保证两者之间的负载特性能够满足复卷机的正常使用。通过相关理论知识能够得到退纸辊的最低和最高转速，然后根据原纸的宽度对退纸辊的最高转速进行计算，并据此得到退纸辊的电机功率，得到的数据需要符合复卷机的工作需求。此外，对于电动机的功率需求，其在计算时是根据退纸辊的最大所需扭矩来进行计算的，因此，在对复卷机的电动机进行选择时，不需要在对其扭矩进行计算，这样节省了电动机的选择过程，减少了相关人员的工作量。然后是复卷机的底辊电机选型，对于底辊电机，其在复卷机稳定工作时，纸幅的张力不会发生变化，因此，需要电机保持稳定的输出力矩，这样才能保证生产的稳定性，为此，在底辊电机选择时，需要引进减速箱系统，其能够对底辊电机的最大车速进行控制，保证电机具有持续稳定的转速，为此，在选择底辊电机时需要考虑到以下几个问题：首先是复卷机的前后底辊电机，其在选择时需要保证两个位置电机的型号一致，这样在进行生产的过程中才能保证转速的一致性，然后通过生产的需求对底辊电机的型号和工作功率进行计算和选择。对于底辊电机工作时，其中纸幅的张力是一定的，因此，在选择底辊电机时需要保证其前后两台电机具有相同的输出轴功率，且两者之间具有较好的稳定性，
然后是复卷机的主传动电机调试，在对复卷机的传动电机选型完成之后，其开卷机的电机功率和转速等都已经确定，在这种情况就需要开卷机和底辊电机进行相关的数据测试。首先是对退卷机的电动机功率进行测试，通过对测试数据进行分析可以得知，只有开卷电机的额定功率达到一定的水平时，其才能保证电机的转速保证在稳定的水平，保证复卷机的工作性能。然后是对复卷机底辊电机的功率测试，通过测试数据的计算和分析能够得到复卷机的底辊电机正常工作的功率以及转速等。
对于复卷机的工作，其传动控制系统除了能够对复卷机的纸张张力进行控制之外，还有一个非常重要的作用，那就是对复卷机的自动停止控制，其是保证复卷机正常工作的一个非常重要的控制功能。在复卷机进行工作的过程中，通过自动停止控制能够保证复卷机获得对应的纸张宽度和纸幅，同时也能保证复卷机由于失去纸张张力的影响而出现突然间的速度过快问题。对于复卷机的自动停止模式，其主要包含三种类型，分别是长度自动停止模式和直径自动停止模式等，这三种停止模式分别具有不同的功能和效果。其中的复卷机长度自动停止模式指的是复卷机控制系统能够根据反馈的信息对运行长度进行计算，同时将得到的实际长度值反馈到控制系统，然后由控制系统对传动系统的运行进行控制，在这一过程中，控制系统和传动系统都能够对复卷机的运行长度进行计算和停止等。 3、复卷机控制系统
对于复卷机的控制系统，本文主要研究的是西门子S7-400PLC控制系统，其CPU中具有记忆功能。在运行的过程中，控制站为复卷机的工作过程提供对应的参数设计，保证复卷机的正常工作。对于控制站，其主要由两个用户组成，一个是工程师用户，另一个是操作员用户，两种用户对控制站的使用权限具有一定的不同，像工程师用户，其具有各种监控和参数的调整等权限，而操作员只能对复卷机进行简单的参数调整以及速度和纸幅宽度等的调整，保证生产的正常进行。下面对复卷机的控制系统设计进行了简单的研究：首先是控制站的软件画面系统，通过软件画面系统能够实现人机信息的交换，从而保证对复卷机的工作状态控制，另外，画面系统还能够对复卷机的工作状况进行全程的监控，出现问题后能够及时发现问题的原因，从而采取对应的处理办法。下面对控制系统中的控制站软件画面设计进行了简单的研究：首先是主画面功能，其在复卷机工作的过程中主要有下面几个功能，第一是对复卷机的自动停止模式进行准确的选择，从而保证复卷机的正常工作需求，其对复卷机的是那种自动停机模式都能够实现有效的控制；第二是对于复卷纸卷的直径设定，通过复卷纸卷的实际测量，主画面能够根据测定的实际值来对复卷机的工作直径进行控制等。
然后是纵切刀位置的显示以及画面的调整，对于该功能，在复卷机工作的过程中，其控制主要是实现以下几个方面的效果：首先是对复卷机的操作侧和传动侧顶轴器进行全面的显示，然后根据编码器对其进行有效的检测；然后则是对纸芯止动器的位置进行实时的显示，并通过上述方法对其进行检测等。还有纸种存储和载入画面的控制，在这一过程中，其能够对多种纸种的压纸辊负载曲线等进行存储，当复卷纸的种类发生变化时能够根据存储的数据对其进行调整，选择相应的曲线对生产进行调整和控制等。
然后是生产的控制流程，其是保证生产正常进行的关键，只有保证了对生产流程的控制，才能保证在生产的过程中不会出现较大的问题。下面对其内容进行了简单的介绍：首先是自动停机控制，对于自动停机控制，其分为三种不同的模式，每一种模式对应不同的控制数据，为此，控制系统在工作的过程中能够根据复卷纸的不同问题选择对应的自动停止模式，保证生产的有效性，而在纸张断开时，则需要对卷纸的数据进行重新的记录。然后是对顶轴器的自动校准位置控制，对于复卷机，其在运行的过程中，顶轴器能够根据边刀的位置对其进行自动的校准，在校准时只需要按下对应的自动校准按钮，其就会根据提前设定的程序自动进行边刀的校准，通过电动机将顶轴器延伸到对应的边刀位置。
4、总结
本文通过对复卷机的性能进行介绍，总结了当前常见复卷机的结构，并对其生产的要求和性能参数进行了简单的分析。对于复卷机的控制系统和传动系统，其在使用的过程中需要采取对应的控制措施，保证两者之间的有效配合，实现对复卷机工作的有效控制。对于两个系统之间的数据交换，其主要是采用PROFIBUS-DP实现的。但由于纸张的发展速度使非常快的，其对复卷机的生产要求也在逐渐升高，为了保证复卷机的有效生产，提高企业的生产效益，相关部门需要尽快加强对复卷机控制系统与传动系统的研究。
参考文献
[1]刘栋.高速单辊复卷机传动控制系统的设计与应用[J].中国造纸，2013，08：51-56.
[2]郭艳萍，陈相志.高速复卷机控制系统的研究与实现[J].制造业自动化，2012，01：26-29.
[3]秦报国，孟彦京.复卷机交流电气传动系统的设计[J].中华纸业，2004，02：55-57.
[4]景兵辉.复卷机张力控制的动态过程分析和控制策略研究[D].陕西科技大学，2013
[5]刘鹏.复卷机控制系统优化设计方法研究[D].山东轻工业学院，2012
[6]甘志德.无芯复卷机起卷动力学及放卷张力控制策略研究[D].上海交通大学，2012
[7]尹海.基于模块化的复卷机电控系统优化设计[D].陕西科技大学，2012
[8]柴德喜.复卷机间接张力控制系统的研究与设计[D].陕西科技大学，2012
【关键词】自动控制；传动；控制系统；复卷机
为了更好的促进我国的造纸企业发展，提高其经济效益，复卷机的工作效率行和运行质量对企业具有非常重要的作用，本文对高速双底辊复卷机的自动控制系统设计进行了简单的研究，为企业的发展提供了几点建议，帮助造纸企业提高复卷机的工作效率和质量。而对于复卷机的自动控制系统，其主要包含控制系统和传动系统，本文对两者的设计进行了简单的分析。
1、复卷机的工作原理
对于复卷机，其在工作的过程中会同时发生三个操作：开卷、分切纸以及对分切纸的复卷，对于每一个动作都有不同的要求，在进行开卷和复卷时，对于纸幅的张力具有较高的要求，需要保证对其进行准确的校正，这样能够使得卷纸在复卷时符合企业的操作需求，达到规定的宽度要求，为了保证分切工作的有效性，防止分切过程中出现一些错位等问题，影响复卷机的工作性能，需要对复卷机的工作状态进行准确的把握。此外，在进行切刀的移动时，需要对刀片的状态进行检查，包括其锋利程度是否能够满足施工要求，发现问题后需要对其进行及时的更换。
对于复卷机的工作状态，其主要是由复卷机的控制系统所监控的，像复卷机工作过程汇总，传动系统的开卷和分切等工作状态都是在监控系统的控制下完成，此外，控制系统还会对复卷机的纸幅进行有效的控制，保证其能够符合工作要求，其主要是由复卷机的传动系统进行控制的。复卷机的控制系统在运行过程中能够对复卷机的分切和纸卷的状态等进行全面的监控，然后通过高效的校准措施来保证复卷机的正常工作。
2、复卷机的传动系统
在本文研究中，复卷机的传动系统采用的是东芝公司的传动控制系统，而传动电机则是采用的三菱公司的三相异步鼠笼式交流变频电机。根据复卷机的工作需求，对传动电机的电源进行合适的选择。对于传动系统，其电动机的功率一般情况下都在1MW以下，因此，在选择变频器时经常选用的是交直流电压型的变频器。根据对复卷机的工作原理进行研究可以发现，其底辊电动机的转速和转矩的方向需哟保持一致性，在工作过程中，电动机的功率通过直流母线的经逆变器传输到底辊电动机内部，是电动机保持正常的工作水平。在复卷机进行开卷工作时，电动机的转速和转矩方向发生了改变，成为相反的状态，而对于功率的流动方向也发生了相反的流动。对于变频器的主电路，其在进行设计的过程中往往采用的是公共直流母线的工作模式，通过这种方法能够保证开卷机和地滚电机的逆变器连接在同一段直流母线上。通过这种连接方式的使用，使整个复卷机的整流器的容量得到了有效的降低。
然后是复卷机的主传动电机的选型，首先是对退纸辊的电机选型，为了保证复卷机的正常工作，在选择复卷机的开卷电机时，需要将其和复卷机的底辊电机进行综合性的考虑，保证两者之间的负载特性能够满足复卷机的正常使用。通过相关理论知识能够得到退纸辊的最低和最高转速，然后根据原纸的宽度对退纸辊的最高转速进行计算，并据此得到退纸辊的电机功率，得到的数据需要符合复卷机的工作需求。此外，对于电动机的功率需求，其在计算时是根据退纸辊的最大所需扭矩来进行计算的，因此，在对复卷机的电动机进行选择时，不需要在对其扭矩进行计算，这样节省了电动机的选择过程，减少了相关人员的工作量。然后是复卷机的底辊电机选型，对于底辊电机，其在复卷机稳定工作时，纸幅的张力不会发生变化，因此，需要电机保持稳定的输出力矩，这样才能保证生产的稳定性，为此，在底辊电机选择时，需要引进减速箱系统，其能够对底辊电机的最大车速进行控制，保证电机具有持续稳定的转速，为此，在选择底辊电机时需要考虑到以下几个问题：首先是复卷机的前后底辊电机，其在选择时需要保证两个位置电机的型号一致，这样在进行生产的过程中才能保证转速的一致性，然后通过生产的需求对底辊电机的型号和工作功率进行计算和选择。对于底辊电机工作时，其中纸幅的张力是一定的，因此，在选择底辊电机时需要保证其前后两台电机具有相同的输出轴功率，且两者之间具有较好的稳定性，
然后是复卷机的主传动电机调试，在对复卷机的传动电机选型完成之后，其开卷机的电机功率和转速等都已经确定，在这种情况就需要开卷机和底辊电机进行相关的数据测试。首先是对退卷机的电动机功率进行测试，通过对测试数据进行分析可以得知，只有开卷电机的额定功率达到一定的水平时，其才能保证电机的转速保证在稳定的水平，保证复卷机的工作性能。然后是对复卷机底辊电机的功率测试，通过测试数据的计算和分析能够得到复卷机的底辊电机正常工作的功率以及转速等。
对于复卷机的工作，其传动控制系统除了能够对复卷机的纸张张力进行控制之外，还有一个非常重要的作用，那就是对复卷机的自动停止控制，其是保证复卷机正常工作的一个非常重要的控制功能。在复卷机进行工作的过程中，通过自动停止控制能够保证复卷机获得对应的纸张宽度和纸幅，同时也能保证复卷机由于失去纸张张力的影响而出现突然间的速度过快问题。对于复卷机的自动停止模式，其主要包含三种类型，分别是长度自动停止模式和直径自动停止模式等，这三种停止模式分别具有不同的功能和效果。其中的复卷机长度自动停止模式指的是复卷机控制系统能够根据反馈的信息对运行长度进行计算，同时将得到的实际长度值反馈到控制系统，然后由控制系统对传动系统的运行进行控制，在这一过程中，控制系统和传动系统都能够对复卷机的运行长度进行计算和停止等。 3、复卷机控制系统
对于复卷机的控制系统，本文主要研究的是西门子S7-400PLC控制系统，其CPU中具有记忆功能。在运行的过程中，控制站为复卷机的工作过程提供对应的参数设计，保证复卷机的正常工作。对于控制站，其主要由两个用户组成，一个是工程师用户，另一个是操作员用户，两种用户对控制站的使用权限具有一定的不同，像工程师用户，其具有各种监控和参数的调整等权限，而操作员只能对复卷机进行简单的参数调整以及速度和纸幅宽度等的调整，保证生产的正常进行。下面对复卷机的控制系统设计进行了简单的研究：首先是控制站的软件画面系统，通过软件画面系统能够实现人机信息的交换，从而保证对复卷机的工作状态控制，另外，画面系统还能够对复卷机的工作状况进行全程的监控，出现问题后能够及时发现问题的原因，从而采取对应的处理办法。下面对控制系统中的控制站软件画面设计进行了简单的研究：首先是主画面功能，其在复卷机工作的过程中主要有下面几个功能，第一是对复卷机的自动停止模式进行准确的选择，从而保证复卷机的正常工作需求，其对复卷机的是那种自动停机模式都能够实现有效的控制；第二是对于复卷纸卷的直径设定，通过复卷纸卷的实际测量，主画面能够根据测定的实际值来对复卷机的工作直径进行控制等。
然后是纵切刀位置的显示以及画面的调整，对于该功能，在复卷机工作的过程中，其控制主要是实现以下几个方面的效果：首先是对复卷机的操作侧和传动侧顶轴器进行全面的显示，然后根据编码器对其进行有效的检测；然后则是对纸芯止动器的位置进行实时的显示，并通过上述方法对其进行检测等。还有纸种存储和载入画面的控制，在这一过程中，其能够对多种纸种的压纸辊负载曲线等进行存储，当复卷纸的种类发生变化时能够根据存储的数据对其进行调整，选择相应的曲线对生产进行调整和控制等。
然后是生产的控制流程，其是保证生产正常进行的关键，只有保证了对生产流程的控制，才能保证在生产的过程中不会出现较大的问题。下面对其内容进行了简单的介绍：首先是自动停机控制，对于自动停机控制，其分为三种不同的模式，每一种模式对应不同的控制数据，为此，控制系统在工作的过程中能够根据复卷纸的不同问题选择对应的自动停止模式，保证生产的有效性，而在纸张断开时，则需要对卷纸的数据进行重新的记录。然后是对顶轴器的自动校准位置控制，对于复卷机，其在运行的过程中，顶轴器能够根据边刀的位置对其进行自动的校准，在校准时只需要按下对应的自动校准按钮，其就会根据提前设定的程序自动进行边刀的校准，通过电动机将顶轴器延伸到对应的边刀位置。
4、总结
本文通过对复卷机的性能进行介绍，总结了当前常见复卷机的结构，并对其生产的要求和性能参数进行了简单的分析。对于复卷机的控制系统和传动系统，其在使用的过程中需要采取对应的控制措施，保证两者之间的有效配合，实现对复卷机工作的有效控制。对于两个系统之间的数据交换，其主要是采用PROFIBUS-DP实现的。但由于纸张的发展速度使非常快的，其对复卷机的生产要求也在逐渐升高，为了保证复卷机的有效生产，提高企业的生产效益，相关部门需要尽快加强对复卷机控制系统与传动系统的研究。
参考文献
[1]刘栋.高速单辊复卷机传动控制系统的设计与应用[J].中国造纸，2013，08：51-56.
[2]郭艳萍，陈相志.高速复卷机控制系统的研究与实现[J].制造业自动化，2012，01：26-29.
[3]秦报国，孟彦京.复卷机交流电气传动系统的设计[J].中华纸业，2004，02：55-57.
[4]景兵辉.复卷机张力控制的动态过程分析和控制策略研究[D].陕西科技大学，2013
[5]刘鹏.复卷机控制系统优化设计方法研究[D].山东轻工业学院，2012
[6]甘志德.无芯复卷机起卷动力学及放卷张力控制策略研究[D].上海交通大学，2012
[7]尹海.基于模块化的复卷机电控系统优化设计[D].陕西科技大学，2012
[8]柴德喜.复卷机间接张力控制系统的研究与设计[D].陕西科技大学，2012