复卷机电控系统设计与调试

1、第六章 复卷机电控系统设计与调试6.1 复卷机机械电气特性和要求 复卷机型式及工作特性简介由卷纸机卷得的纸卷比较松软，内部可能会有破损或断头，两侧边缘不整齐，纸幅宽度等多不能直接使用于纸加工或印刷等机器，大部分纸种（如新闻纸、凸版印刷纸、包装纸等）必须经过复卷机切边、分切、接头、在纸卷芯上重卷形成一定规格、一定紧度要求的成品纸卷才能出厂。 通常复卷机安装在紧接着造纸机的后面，它是造纸机械中运行车速最快的机器，其车速达15001800米/分，最高达2500米/分以上。复卷机的型式较多，根据需要在复卷机中还可以配备其他装置，成为联合机台。复卷机基本上可以分为下列五种：（1） 上引纸复卷机（2） 下

2、引纸复卷机（3） 单辊复卷机（4） 专用复卷机（5） 薄纸复卷机下面将简单介绍这几种复卷机的结构特点及其性能。1、上引纸复卷机在上引纸复卷机中，纸幅通过纵切机构，绕过压纸辊，而后卷在卷纸轴上。纸卷由两个支承辊支承，纸卷的中心随着纸卷直径增大而升高，压纸辊和纵切机构也同时向上移动。这种型式的优点是易于引纸，结构简单，操作方便，维修容易。但也有不足之处。由于压纸辊和纵切机构压到纸卷上，结果造成纸卷与支承辊压区的压力增大，如无压纸辊纵切机构的悬秤装置时，则易于产生硬的纸卷（压区负载越大，纸卷越硬）；其次，纸幅在压纸辊后就直接卷到纸卷上，靠调节两个支承辊的传动转矩来控制硬度的可能性很小，甚至不可能，因

3、而控制纸卷硬度的能力有限，特别是在卷取软纸卷的情况下更是如此。再次，因纵切机构随时向上移动，当机件磨损和变形以及安装质量欠佳时，容易造成纵切机构轴向窜动，引起切开的纸边互相搭接而造成分卷困难。此外，由于车速和幅宽增大，在高速复卷大直径纸卷时可能变得很庞大，以至结构上不易处理。2、下引纸复卷机下引纸复卷机是从机台下面送入纸幅使其绕过某一个支承辊再卷上纸卷的，纸从退纸卷上引过下方的几个引纸辊，通过固定位置的纵切机构，绕过前支承辊（按纸行方向数第二辊）或后支承辊，然后卷在卷纸轴上。其示意如图6-1所示：在复卷过程中，纸幅张力力图把纸卷拉向支承辊，使逐渐增大的纸卷得以稳定，并在高速卷取时能保证纸卷质量

4、。该类型复卷机还可运用变化两个支承辊的传动转矩差，结合压纸辊与纸卷间压区的压力调节，对纸卷质量作很好的控制。这类复卷机的纵切机构安装在固定位置上，避免了轴向窜动，易于分卷；并且大部分转动部件靠近地面，重心底，在高速运行中仍然保持稳定，因此它使用得较广泛。且车速可达2500米/分。幅宽达10米，能处理从低定量纸直到纸板等品种。它的缺点是不易接近 图6-1 双支承辊下引纸复卷机示意图机台，不便于引纸和调整舒展杆，为此常常在机台下方设一地坑，使得操作工人易于接近，有时还装设自动引纸机构和远离控制的舒展杆，以克服其缺点。本章的设计将主要针对双支承辊下引纸复卷机。下引纸复卷机还有一些其它型式，因其易于接

5、近纵切机构和舒展器以及容易分卷，故较多用于窄幅纸卷。本章主要介绍的复卷机电控系统就是基于这种结构的。3、单辊复卷机单辊复卷机是一种专用机台。该机主要用于超级压光纸和涂布机之前的纸幅整饰，切齐纸卷两侧端面，粘接断头，去除不合格纸张。它有一个支承辊，纸卷支承于水平的导轨上，结构型式与圆筒卷纸机相似。纸卷硬度靠气缸操纵的杆臂朝支承辊方向对纸卷加负载来控制。4、专用复卷机复卷特殊纸种如低定量印刷纸、压感纸、聚乙烯涂布纸、硅酮涂布纸、双面超压的美术纸和玻璃纸等时，要求较高。在双辊复卷机上，纸卷与支承辊间的压力随纸卷直径的增大而增加，造成过大的纸卷硬度和其它纸卷疵病。虽然这些问题可能借助压力悬秤机构将纸卷

6、减重而在一定程度上有所克服，但还不能令人满意。因此，其中一些纸种只能在双辊复卷机上复卷较小的纸卷，而另一些纸种甚至不能在双辊复卷机上复卷。为了适应这些对硬度控制非常敏感的纸种，发展了各种类型的专用复卷机，如单辊双面复卷机、双辊双面复卷机，其共同点是纸卷的质量不支承在支承辊上。5、薄纸复卷机薄纸复卷机用于复卷薄绉纹纸，最多可同时卷取四层薄纸。近年来，实现了在复卷部进行纸幅压光，所以复卷机演变成为包括退卷、压光和复卷的联合机组。这种复卷机靠速差来复卷具有既定的起绉比率的绉纹纸，并且在复卷周期中保持恒定。因此，它比普通的复卷机所需的传动精度要求更高。薄纸复卷机按所用纵切机构的型式有两种不同的纸幅线路

7、。直到最近，薄纸复卷机都配用压切式纵切机构。它便于调节分切宽度，其压溃作用对几层薄纸产生切边封口的效应。随着车速和幅宽的增大，这种机构易发生下刀辊（砧辊）发颤的情况，因此，高速时，压切式纵切机构被剪切式纵切机构所取代，后者是不受车速影响的。薄纸复卷机最好是采用大直径的卷纸轴以实现纸卷减重。为了控制纸卷的紧密度并获得大直径纸卷，可以采用气缸控制的悬秤机构，以保证压区线压力恒定。 纸卷的质量指标及控制要求描述1、质量指标不同类型的纸应选用相应类型的复卷机来进行复卷，复卷出的成品纸卷的质量指标不同，它们对复卷机自动控制系统的要求也是不同的,这一章将主要介绍的双支承辊下引纸复卷机的自动控制系统主要应用

8、于复卷书写纸、静电复印纸、板纸等的复卷，对于这类纸种的成品纸卷的质量指标如下：具有足够的硬度，而且内紧外松、径向硬度分布均匀，以保证纸卷在运输、储存过程中不变形、不崩裂，在印刷设备或其它加工设备上能平稳运行。2、控制要求复卷出的成品纸卷形态的优劣在很大程度上取决于复卷机性能。一台完善的复卷机必需具备下列几种机能：（1）压纸辊压力的自动程序控制；（2）支承辊转矩自动程序控制；（3）自动张力控制；（4）电力驱动的“挠性”起动和适当的速度程序控制。下面将分别从运行机理上分析这几种程序控制机构。（1）压纸辊压力的调整机构 卷取过程中成品纸卷的直径在逐渐增大，成品纸卷的重量在逐渐增加，成品纸卷与两底辊的

9、接触点也在改变，这就是说如果压纸辊施加的压力恒定的话，成品纸卷与两底辊的接触点之间的压力也在变化。为此如果期望最佳的纸卷形态的话，就必须借释放压纸辊施加的压力负荷来补偿上述两项因素的影响，才能获得成品纸卷与两底辊的接触点之间的压力恒定的要求。压纸辊的作用力对纸卷紧度有较大的影响。压力调整机构的作用是保持纸卷与支承辊压区的压力稳定，约为11.2公斤力/厘米（约为11.2千牛/米），这就防止在初卷时因纸卷轴太轻而打滑以及在复卷后期因压力太大而卷得太紧。对某些纸卷来说，压纸辊应是有自动控制的，以便对纸幅施加附加作用力。从上面的分析可知，压纸辊压力一是保证纸卷与底辊间产生足够的摩擦力，而不至于打滑；二

10、是压纸辊压力将直接影响着纸辊硬度。工艺要求必须保持压区压力恒定，但从后面对复卷机压区压力的分析将可以看出，为保证压区压力恒定，压纸辊液压系统释放的压力与成品纸卷直径之间的关系是非线性特性。在没有调整压纸辊压力的悬秤机构时，纸卷和支承辊之间的线压力的增加速度稍慢于纸卷重量的增加速度，但它总是随着纸卷直径的增大而增加的。在旧式复卷机上，压力悬秤机构是采用机械的悬秤装置。为了增加悬垂力，而将重物悬在固定于横轴上的凸轮或偏心轮上，在该轴上装有链轮，用链条与压纸辊或纸卷轴连接，纸卷直径增大时，横轴就转动，使重物固定端的凸轮臂增长，这就能使悬秤力增加。在新式的复卷机上，调整压力是自动程序控制的，它们采用气

11、压式或液压式悬秤机构。它包括有电气程序控制单元、电磁减压阀和悬称油缸等，改变悬称油缸内油压就可得到不同的悬秤力。业已了解到，对许多种纸来说，仅仅有压纸辊压区压力的程序控制，还不能生产出质量良好的纸卷。同样，适当的支承辊转矩的程序控制，也不能单独地完全达到目标。只有压纸辊压区压力程序控制和支承辊转矩程序控制的适当配合，才能卷成从纸卷芯到外层硬度甚为均匀的纸卷。（2） 支承辊转矩程序控制为了获得优质纸卷，支承辊转矩或速度控制必须满足适当的条件。如使用速度控制，支承辊间速差幅度应小于0.2%，且当纸卷直径增大时，两支承辊的速度必须接近（1：1）很多速差系统并未按此方案设计，故收效有限。对许多纸种来说

12、，在起动时要用正速差，使得卷芯处卷得紧，而在直径卷大以后又希望有负速差，使纸卷外层卷得松些。如无精度高而配制适当的速差程序控制，是不能达到这种要求的。在这里先要说明一句，这里说的速差控制是指的速度给定差控制，前后两支承辊的实际的速度其实是一样的，只不过因速度给定差的存在使得它们所承担的负荷不一样，因此，这里所说的速差控制实质上也是转矩差控制。转矩的程序控制通常是控制前支承辊的转矩，其大小随着纸的品种而异，并需要在现场做实验来选定。大概趋势是在起动时差不多全部转矩施加于前支承辊上，使纸卷绷紧，随着纸卷直径增大，前支承辊的转矩逐渐变小，后支承辊的转矩大于前支承辊，直到两支承辊的转矩相匹配为止。然而

13、，应当强调，转矩的程序控制最重要的还是起动时的转矩。（3）张力调整机构纸幅张力控制是保证纸卷形态的至关重要的因素之一，纸幅张力最重要的作用是展平纸幅，同时稳定的纸幅张力还将避免纸幅横向偏移。纸幅张力的大小对纸卷硬度的影响并不是关键因素，因为压纸辊的压力以及前后底辊之间的转矩差对纸卷硬度有着更大程度的影响。所以复卷机运行中通常是将纸幅张力调节到能保证使纸幅展平，至于期望纸卷具有较大硬度的话，可以采取增大压纸辊压力和增大前后底辊之间的转矩差来实现。纸幅在复卷过程中，纸的张力大小主要由纸种来决定，通常为0.32公斤力/厘米（约为0.32千牛/米）。正确地选用纸的张力能在一定程度上改善纸卷的质量，减小

14、断头，保持复卷机工作稳定。因此，复卷机的传动应自动地保持张力稳定，并能根据生产需要进行调节。调节范围通常为1：4，张力最大的波动值不应超过±10%，最小张力为0.3公斤力/厘米左右（约为0.3千牛/米）。纸幅纸力控制分为直接张力控制和间接张力控制两种，一般来说，直接张力控制精度高，需要安装张力传感器，投资较高；间接张力控制方式不如直接张力控制精度高，投资较底。两种不同的控制方式根据不同使用场合选用。不管采用直接张力控制方式还是采用间接张力控制方式，为了防止升、降速时的瞬间机械设备通过纸幅突然发生倾斜，造成纸幅横向窜动或断头，必须能够预设静止张力。对于要求高精度张力控制及高生产率的复卷

15、机系统还应该考虑动态补偿环节，用以减小升降速过程中纸幅张力的变化。张力调整机构有多种型式。原始的张力机构是用手操纵制动器来获得张力的，因其操作复杂且张力大小不一致，仅适用于老式的低速复卷机上。较完善的张力调整机构，在整个工作速度范围内，能自动检测并控制张力使之保持恒定，也就是前面所说的直接张力控制。它基本上也可以分为两种：一种是在退纸卷后面配置检查张力用的浮动辊，把纸的张力大小引起的辊筒的移动变为气压信号或电信号，由制动器进行控制；另一种是在退纸辊的后面安装张力计，把张力大小转变成反馈信号与给定信号相比较，经过适当的调节器进行调节后，直接控制制动发电机的制动力矩进行自动张力控制。本章将要介绍的

16、复卷机电控系统，就是采用带有制动发电机的电气控制来控制退卷张力的。在退纸辊运行时，退纸辊电动机实际上处于发电回馈制动状态。为适应高速和大的卷径变化范围，也是为了克服张力大滞后给复卷机直接张力控制系统带来的不便，在采用直接张力控制时可增设采用前馈控制，这种方法可使复卷机获得良好的性能。（4）电力驱动的“挠性”起动及适当的速度程序控制 为了使纸幅不承受冲击张力，减少不必要的断头，复卷机的起动总是希望越平稳越好。给调速系统的转速电流双闭环前加入给定积分器，有利于复卷机的平稳起动，给定积分器的时间常数越大，系统起动越平稳。所以给定积分器在复卷机传动系统中有着十分重要的作用，其积分时间常数可在较大范围内

17、调整，以适应不同加工工艺的要求。同样，复卷机在升速、降速时也总是希望速度变化越平稳越好，S型曲线升降速控制具有加速度的加速度为常数的特性，这正好符合复卷机在升速、降速时希望速度变化平稳的要求。以上四点是为了满足复卷工艺，电控系统所必须具备的调节机能。除此之外，复卷机对电控系统还有其它的要求，包括纠偏，自动检测到断纸后能紧急刹车，对液压站、气站的连锁控制，对圆刀的控制，计长等，这些方面在具体设计系统时都要考虑到。前面的讨论都是围绕着要获得良好的纸卷形态而应有的控制要求及一般的控制方法，实际上厂家在选购复卷机时，复卷机的生产能力也是一个关键因素。分析复卷机的生产能力时，要考虑到复卷机生产中的两个特

18、点：（1）复卷机的生产能力应与造纸机的生产能力相适应，否则将影响造纸车间生产的连续性。（2）复卷机是一种间歇性生产机器，影响复卷机生产能力的主要因素是复卷机的纸宽、车速、辅助工序所需的时间和卷取纸卷的直径。复卷机的幅宽是和造纸机相适应的，没有选择的余地。复卷机的车速和辅助工序所需的时间（决定于复卷机的机械化程度）对其生产能力的影响，在不同的条件下是不同的。对低速的复卷机提高车速能明显的增加其生产能力。但对于高速复卷机，仅仅进一步提高其车速时，对其生产能力的提高没有明显的影响。卷取纸卷的大小能够影响到复卷机中辅助工序所需时间的比例，因而也能影响到复卷机的生产能力。现代化的复卷机车速已经很高，达2

19、500米/分以上，但真正在最高车速下运转的时间是很短的。相反，用在辅助工序上的时间所占的比重越来越大。所以使辅助工序机械化，减小辅助工序所需的时间，对提高复卷机的生产能力是很有意义的。由于电子技术的飞跃发展，高度自动化、智能化的复卷机已在国外问世，如分兰VALWET公司可提供车速2500米/分，除接头需要人工处理外，整个卷取过程能自动完成的复卷机，甚至改变分切规格都可自动完成，用在辅助工序上的时间非常短而且操作工人非常轻松。显示出复卷机电气传动今后的发展方向。 系统配置与控制方案从以上对复卷机控制要求的分析可知，复卷机对主传动的控制精度要求很高，以前的复卷机电控系统由于当时水平的限制，大部分采

20、用单台直流电动机带动前、后底辊，而退纸辊采用磁粉制动来产生退卷张力，压纸辊的压力要靠手动来调节，这样就不能实现对前后底辊自动转矩控制，对退纸辊制动力矩的控制、对压纸辊的压力控制都是不平滑的和不精确的。当前复卷机电控系统的配制各式各样，可灵活的实现各种特殊要求。为了能实现精确灵活的控制，双支承辊下引纸复卷机的前底辊、后底辊、退纸辊一般均采用有传动控制。本章将主要介绍在各纸厂广范应用的双支承辊下引纸复卷机电控系统的配置及相应的控制方案。从前面的分析已知，复卷时把原纸卷吊放在退纸架上，纸芯放在前后两底辊上，顶紧，系统在低速爬行状态下把纸从退纸辊上引过来经导辊引至纸芯上，粘贴好以后再让系统工作在车速较

21、高的运行状态，所以系统有引纸和运行两种工作状态。对应于复卷机的引纸与运行两种工作状态：引纸时，两底辊和退纸辊都应工作在引纸低速电动状态，三个单元的线速度应基本一致，以保持一定的引纸张力；运行时，要复卷出符和要求的纸卷，电控系统必须满足一定的要求：（1）作为主传动单元的后底辊的转速决定着复卷机的总车速，前底辊的车速跟随后底辊，它们之间的控制还需考虑成品纸卷内紧外松的要求对前、后底辊的负荷分配控制。（2）退纸辊的控制，在退卷过程中，退纸卷直径越来越小，要保持退卷张力恒定，退纸辊的制动力矩应随卷径的变化而变化，其外在表现是退纸辊车速随卷径的变化而变化。（3）压纸辊压力的自动程序控制。（4）为了使纸幅

22、在加减速及起动过程中不受冲击张力，复卷机应有S型升降速控制。从以上分析可知，复卷机自动控制系统的核心是对主传动的自动调速系统，所以从调速方式方面，一般可将复卷机自动控制系统分为两种配置：一种是主传动为直流电机的直流调速电控系统；一种是主传动为交流电机的交流调速电控系统。无论采用哪种配置，对于主传动来说最终都要达同样目的，即：（1）前、后底辊的传动中，底辊的转速决定着复卷机车速，需有以下几个功能：最低引纸速度。S型升降速特性。前、后底辊之间的力矩差控制。（2）退纸辊的传动主要是在复卷机运行中产生制动力用于保持纸幅张力，引纸过程产生电动力获得引纸速度。且需有：正向点动，反向点动。静止张力给定。间接

23、或直接张力控制。成品纸卷长度显示。如选用的调速装置能实现智能控制，则可以利用这些调速装置直接组成较简单的复卷机电控系统。如纸种对电控系统的控制性能及精度要求较高，或用户对复卷机的自动化程度要求较高，则系统还需配置可编程控制器和触摸屏。由于直流调速装置与交流调速装置的控制方法不同，调速性能也不同，因此在实现以上特定要求的时候，电控系统的控制方案也大相径庭。接下来的几节中，将分别对它们进行详细介绍。6.2 应用于复卷机主传动控制的直流传动装置简介直流电机具有良好的起制动性能，宜于在广泛范围内调速，而且人们对直流调速技术的认识比交流调速早，在理论上和实践上都比较成熟，因此，在国内的大部分复卷机主传动

24、都是采用直流电机。以前的复卷机大都采用分立元件组成的直流调速装置，用模拟电路进行控制，控制精度低，维修量大，而且很难实现智能控制。对于复卷机传动控制系统，它的前、后底辊，退纸辊的负载在卷纸退卷过程中是个时变的、非线性的量，采用模拟控制方法遇到了困难。主要有三点：（1）模拟调节器的参数是固定的，难以适应系统参数的大范围变化。（2）用模拟器件难以实现记忆存储和复杂的计算。（3）模拟控制方式难以实现非线性控制规律、自适应控制规律和自寻优控制规律。目前，各种品牌的数字式直流调速装置已大量使用，这些装置在主电路上采用模块化结构，在主控回路用的多是集成化电路，再加上微处理机存储记忆、计算、判断、通讯功能、

25、内部数字化量的传递与控制等，使得装置不仅工作稳定可靠，而且可根据实际需要对装置的控制参数进行适当的修改即组态，以达到我们所需要的控制性能。目前国内外各品牌直流调速装置较多，各纸厂应用较多的有欧陆590、西门子、ABB，它们在整流主电路及主控电路等硬件配置上大同小异，只是在软件设计上各有特色。本节主要以在国内应用较为广泛的欧陆590为例，介绍应用于复卷机主传动控制的直流直流调速装置。 590总体介绍590控制回路由微处理机中心控制，采用许多可根据实际要求自由搭配的功能模块，还可实现转速环及电流环的参数自整定或手动整定。590电动机速度控制装置，是作为与配套控制设备安装在标准箱内的部件而设计的。控

26、制装置使用交流110V到500V的3相标准电压，提供直流输出电压和电流，用于电枢和励磁，适用于直流他激电动机和永磁电动机的控制。590系列的控制，是用16位微处理器实现的，它具有许多先进性能：（1） 复杂的控制算法，这是简单的模拟技术无法实现的。（2） 标准软件模块与可组态的软件控制电路相结合。（3） 通过串行线路，可与其它传动装置或主计算机通讯，能构成先进的过程系统。电动机电枢控制装置，有再生和非再生两种型式。非再生控制装置，由一个全控晶闸管桥构成，具有瞬态过载保护和配套的电子控制电路；在一个选定旋转方向上，提供精确的速度和（或）转矩控制。再生控制装置，由两个全控晶闸管桥和高级的电子控制装置

27、构成，在两个旋转方向上，能控制加速和减速，以及速度与转矩。各种形式的电枢控制装置，都配备励磁调节器作为标准部件。该调节器，由一单相全波半控晶闸管构成，有瞬态过载保护。该调节器提供固定的电压源或电流源，取决于所选择的恒转矩运行方式。励磁电流工作方式，还可以进一步得到加强，以便为要求扩大速度控制范围和恒功率控制的系统，提供一个削弱磁场的范围。控制电路与电源电路完全隔离，从而简化了系统内部控制装置之间的接线，并改进了操作安全性。控制电路自动调节，可接受4070HZ范围内的电源频率，而具有抗电源干扰的性能。电枢控制装置，不受相序旋转的影响。所有装置都设计为使用插销的简单而又经济的面板安装方式。如需要从

28、面板上取下控制装置，因采用插入式接插件，拆除和重新接线都得到简化。在整个范围内，凡是可能的地方，都采用标准化零部件，因此可减小维持多传动系统运行所需的备件品种。例如，不管功率和晶闸管桥配置如何，控制装置都采用相同的控制触发电路印刷电路板。起动和确定故障（控制装置内部及其外部），由于有人机接口显示，极为方便，它自动显示第一次故障。显示也是强有力的诊断工具，可观察控制装置内的所有报警、输入和主要软件块。前面板上的发光二极管显示，可即时指示传动装置和主要输入输出的状态。6.2.2 590硬件配置1、主回路（1）电枢回路590控制回路由微处理机中心控制，采用许多可根据实际要求自由搭配的功能模块，还可实

29、现转速环及电流环的参数自整定。电枢回路由以下两种方式之一组成：4象限可逆驱动直流逆变二桥反并联；2象限单向运转，六只可控硅组成正向桥路。在2象限晶闸管桥的情况下，由3个模件提供6个晶闸管，构成一个整流桥。每个晶闸管都由触发门阵列单独控制，用脉冲变压器进行电压隔离。这种整流桥有两种抑制方式，一种是用RC网路限制晶闸管上的电压上升速率，从而减小虚触发的可能性；另一种是用压敏电阻（VDR），把施加的最大电压保持在晶闸管额定值的极限内。4象限有一附加的反向逆变控制，逆变桥与整流桥反向并联，以提供再生制动能力和反向运转能力。这就可给我们的退纸辊提供灵活、方便的制动控制，因为退纸辊在爬行时需要工作在低速电

30、动状态，在运行过程中需工作在制动力可自动调节的发电制动状态。电枢桥内部不安装半导体熔断器保护，而是在外部由用户提供。电枢桥采用电子电路控制保护防止电流过载；外部要安装熔断器，进行短路保护。（2）励磁桥励磁电源是由一半控桥晶闸管整流桥产生的，它用两种方法控制励磁。一种是电压控制，即简单的相位角控制，输出是一可变电压源；另一种是用闭环电流控制。闭环电流控制可精确调节励磁电流，从而防止电流随网路电压变化，或励磁电阻热变化而变动。如控制器要通过削弱磁场的方法扩展速度运转范围，就必须使用闭环电流控制。（3）反馈控制器对电动机所需的所有参数都可实现闭环控制。因参数要控制，就必须向控制器提供反馈 。电流反馈

31、形式是电枢电流；这是用3个交流互感器监视晶闸管桥的相电流而实现的。交流反馈被整流后，通过适当选择的电阻，就可得到所需的电流电平。速度反馈有以下三种，可选择其中的一种：直流测速发电机。编码器。电枢电压直流测速发电机、编码器，是直流电动机外部安装的部件；控制器内有一电路为速度反馈进行换算。用于速度控制和削弱磁场控制的电枢电压反馈，是内部提供电路完成；它通过精确的高阻抗分压器提供一个隔离的信号，连接标准放大电路。励磁部分也有一电流反馈，也是用电流互感器监视交流电流信号。各种形式的反馈，都由安装在校准板上的内部校准电阻，换算为用户所需的电平。（4）辅助电源和主接触器控制器电源是取自交流辅助电源的输入端

32、，辅助电源通过变压器、整流器电路，形成低压电源。在需要控制动作时，辅助电源必须一直接通，之间不必安装附加的开关。控制器需要一电源接触器，直流、交流都可以，与主回路电源串联，以保证正确的合闸顺序。这一接触器由微控制器通过隔离继电器直接启动；隔离继电器用于辅助电压相同的电压驱动接触器线圈。不应有辅助触点与接触器线圈串联，这样会造成控制顺序问题。如使用直流接触器，直流接触器的辅助触点，应连接“使能”输入端，以保证正确的顺序。2、控制电路（1）微机控制采用一个16位的微控制器，来完成大多数控制功能，附加的硬件提供微控制器的支援，或为输入输出数据提供微控制器的支援，或为输入输出数据提供接口或换算。（2）

33、程序或数据的存贮微控制器有3种存贮信息：64K字节的EPROM16K字节的RAM8K字节的EEPROMEPROM主要用于存贮程序，其中还有一个区域用于存贮人机接口显示器的信息和文本，以及参数系统预设值的表格。（3）外围设备微处理器通过三种外围电路执行完成各种复杂的控制功能。这三种电路是：触发门阵列；液晶显示器驱动器；通用异步收发电路。UART，即异步收发通信电路。触发门阵列是特制的集成电路，它根据微控制器的指令，确定主或从组件中哪一个晶闸管要触发。触发门阵列还控制励磁桥。液晶显示驱动器，是从微控制器接收数据，并显示这一信息。驱动器保持数据的显示，直到来了新的信息为止；这样，微控制器便从液晶显示

34、的复杂任务中解放出来进行其它操作。UART控制主要通过两个串行数据线路口P1和P2完成。微控制器指示UART电路用特定的数据速率发送数据，UART把数据转换成串行发送的格式，并按照协约的要求增加附加信息。同样有数据来时，微控制器通过UART电路把输入数据从串行转换为并行数据并接收。UART还有一并行口接线脚，可进行输入或输出的数据操作。微控制器用同样的方法，从UART 中读取这些数据。（4）信号换算和修整所有输入的模拟或数字信号，都由外部电流换算为微控制器的输入范围极限之内。在数字输入的情况下，输入信号电平要严格地控制在极限之内，换算是固定的。同样，速度设定值之类的模拟输入也是处于已知的极限之

35、内，换算也是固定的。但是，有一些信号可以在较广的范围内变化，这些信号是：电枢电流模拟测速发电机的速度反馈励磁电路电枢电压这些参数是用外部校准电阻换算的；校准电阻是根据控制器计算出来的。数字或模拟的输出信号，都由外电路进行缓冲存贮，并换算为常规电平，与数字和模拟的输入信号的电平相兼容。（5）电源控制器的电源，是由单相辅助电源通过控制变压器提供的。通过桥式整流器和电容滤波输出40V未调整的直流电压。经稳压产生直流24V电压用于晶闸管组件的触发、数字输入输出和其它功能。逻辑电路采用5V的稳压电源。±15V稳压电源，用于其它模拟电路。所有电源都有短路保护，而且40V和5V电源，都用快速短路装

36、置防止过压。（6）编码在电源板上有一个编码电路，为主处理机产生晶闸管组件同步触发信号。这一编码电路，使用光电隔离器与电源相隔离；在控制器使用质量不好的电源工作时，有很好的效果。这一电路还完成缺相检测和相序自动跟踪功能。 如输入的3相电源发生故障，或丢失一相，编码电路立即向微处理机发出报警。对缺相必须认真处理，因为连接在控制器3相输入端的外部设备，完全有可能再产生丢失的那一相。在这种情况下，缺相检测器就不会显示报警状态。6.2.3 590程序控制1、电枢电流控制（1）工作原理电流或从速度环，或直接从现场接受电流给定，并形成误差信号，它是给定与平均反馈值之间的差值。误差信号被馈送到比例积分调节器，

37、它产生电流环的输出，即触发信号。在590传动装置中，以两种不同的形式生成误差信号。平均误差被馈送到PI算法的积分部分；而瞬时误差计算为要求与瞬时反馈值之间的差值。这一误差被馈送到PI算法的比例部分，产生较高的瞬时效能，因为与平均值不同，不含有任何时间滞后。而平均值含有电源周期1/6的固有滞后。但平均值是转矩的真实量度，而转矩是电流控制的目的，而且在达到零稳态误差中，不受很小的时间滞后的影响。触发角信号转换为比电源过零点滞后的一段时间（通过锁相环取得），并且生成触发指令，在稳态下，每1/6电源周期向晶闸管组发送一次。下面将介绍电流控制器的一些特点：自适应电流控制晶闸管6脉冲直流器的增益，在电枢电

38、流不连续处急剧下降。所以电流控制器内要求提高增益，以进行补偿。在590传动装置中，这是用自适应算法处理，使电流在不连续工作区域内，以一步之差跟踪电流给定。 反电动势的估算电动机在静止时零电流的触发角是120度。在电动机以不同的速度旋转时，零电流的触发角沿余弦轨迹移动。如果要使电流环的带宽，在电流从主桥向从桥（反向亦然）反向过程中，保持在尽可能高的水平，就必须尽可能紧密地跟踪这一轨迹。要获得精确的触发角初始值，必须知道工作反电动势。在590传动装置中是通过硬件峰值电流检测器和适当的软件算法组合起来的。桥转换延迟桥转换“死区时间”，即零电流时间间隔，是可编程的。“死区时间”可以设定为1/6主电源周

39、期的倍数，其数值为1到6，即最大值为20毫秒。（2）电流调谐电枢电流调谐可用自动调谐，但自动调谐有两个限制。一是实现自动调谐，要求励磁线圈被关断，所以，自动调谐永磁电动机或具有较高剩磁的他激电机时，轴要求夹紧。二是可能造成电流过流跳闸。所以如果自动调谐不成功，可以手动调谐。电流调谐的要点是：如I增益过高，响应就会阻尼不够（过冲太大，而且长时间震荡才能稳定）。如I增益太底，响应就会过阻尼（长时间指数上升）。在I增益设定在最佳值时，如P增益太底，响应会欠阻尼。同样，如P增益太高，响应也会恢复到欠阻尼，趋向完全不稳定。2、速度控制（1）工作原理速度环从外部回路（即位置环）接受给定，或直接从设备接受给

40、定并形成误差信号，这是给定与反馈的差值。误差信号被馈送到比例、积分补偿器，后者产生速度环输出，即电流给定信号。与电流环同步的速度环比例积分算法的比例部分，在电流环的每次运行前便立即执行，因此保证有最小的时间滞后，并有最大的带宽。模拟测速仪和编码器的组合反馈在比例积分算法的比例部分使用模拟测速仪反馈，在积分部分使用编码器反馈（用电流环类似的原理）因此，590传动装置，把最大的瞬变响应以数字反馈的高稳态精度结合起来。（2）速度环的调节速度环的调节是手动完成，即为负载选择精确的时间常数，然后调节增益，达到所需的阻尼。也就是说上升时间快，而过冲最小甚至没有。设定速度环增益的指标，与上述电流环增益相同，

41、只是时间常数为积分增益的倒数。3、励磁控制（1）电流控制励磁电流回路可直接接受来自设备或外部削弱磁场回路的要求，并形成误差信号。这是给定与反馈的差值。误差信号被馈送到比例、积分补偿器，后者产生励磁回路输出，即励磁触发角信号。触发角信号被转换成距电源过零点的时间延迟（通过用于电枢的同一个锁相环取得），并生成触发指令，在稳态每1/2个电源周期向励磁桥发送一个指令。（2）电压控制这为名牌上不指定励磁电流定额的电动机，提供一种开环电压控制。（3）磁场弱磁控制弱磁回路接受最大电压作为给定，减去电枢反馈电压，便得出对励磁电流回路的励磁要求。最小励磁电流参数限制削弱磁场范围内的最小电平。 4、人机接口欧陆5

42、90全数字直流调速器的人机接口由面板上的一个液晶显示屏与四个功能键组成，通过人机接口可以读取和设定电气传动系统的所有参数。（1）显示屏显示窗口有两行字母或数字：上边一行显示菜单或功能；下边一行显示上边一行所选功能的数据或状态。（2）功能键翻下上部保护板，便可见到四个功能键：“M”为菜单选择键（或称为确认键），按该键将确认下边一行显示的菜单或功能。“E”为返回键，按该键可以返回到前面的菜单。“上箭头键”，按该键可以向上寻找所需要的菜单选项，当下边一行显示为参数值或可改变的功能时，可使参数值增加或改变功能。“下箭头键”，按该键可向下寻找所需要的菜单选项，当下边一行显示为参数值或可改变的功能时，可使

43、参数值减小或改变功能。5、串行通讯由于590备有管理通信接口，所以590传动装置的管理和监控才得到简化。这一任选件提供一个串行数据口，可安装在各个传动装置上。这样，RS422/RS485线路可汇总起来，用一台智能设备监控和更新传动装置网络的参数。590支援ASCII和二进制两种通信。用这一线路可实现这样一种管理控制系统，其中每一台传动装置，都处于本机的连续控制之下，中央计算机仅执行定期设定值更新、控制顺序和数据采集。这一类型的控制系统具有以下优点：由汇总的数字系统取代中央可编程控器的多线模拟传输；数字系统通过双扭线路进行串行数据传输，可降低电缆布线成本。数字传输比模拟传输抗干扰，而且传输数据的

44、精度不受从事介质的影响。在数据线路两端使用智能设备，可检查通讯错误。实际上消除了电噪音对数据完善性的影响。所以，使用这种方法能以相当高的精度向传动装置发送设定值。所用的通讯标准，允许把多达个传动装置连接到一条线路上，由计算机串行口驱动，增加口就可以容纳附加的传动装置。大多数计算机都备有RS232串行口，容易使之转换成适应RS422标准的通讯口。（）计算机从590读取信息的顺序查询开始时计算机是主态，590为从机方式，开始发送的信息被称为“建立联系”信息，由以下格式表示：（EOT）（GID）（GID）（UID）（UID）（C1）（C2）（ENQ）这些符号定义如下：（EOT）这是控制字符，使网络内

45、所有从机设备复位，并使它们检查以后发送的4个字符，是否与它们的组件号地址相同符。（GID）设备组号，为了安全起见复发一遍。（UID）设备地址号，为了安全起见复发一遍。（C1）（C2）这几个字符用助记符指定参数。（ENQ）这一字符表示查询信息结束。发送这一信息，便启动590的响应程序发送这一信息之后，计算机便进入从态，并期待接收590的答复。此时590呈主态，只要它成功接收到全部信息，便用以下格式响应：（STX）（C1）（C2）（D1）（D2）（D3）（DN）（ETX）（BCC）这一响应组成的信息定义如下：（STX）文本开始（C1）（C2）用助记符指定的参数（D1）到（DN）所需的参数值（长度由

46、信息决定）。如数据值是一整数（小数部分是0），它就不发送小数点。小数部分的尾零也不发送。（ETX）文本结束（BCC）这是检验位，是（STX）之后（不包括STX）到（ETX）（包括ETX）之间发送的所有字符的检验和。计算机在接受这一应答为有效之前，必须检查（BCC）。软件还必须能够根据数据传输协约从数据中取出数字。进一步询问和终止于是计算机又采取主态，可能有以下三种选择：重复参数方法（NAK）连续滚动简便方法（ACK）终止通信（EOT）无响应在某种情况下，计算机可能接收不到590的响应。在这种情况下，计算机编程应为“超时”，在再一次尝试之前，短时间（最少160毫秒）等候响应（2）计算机向590发

47、送信息的顺序建立连接发送以下信息，与指定的590建立连接：（EOT）（GID）（GID）（UID）（UID）紧跟着就是数据传输：（STX）（C1）（C2）（D1）（D2）（D3）（DN）（ETX）（BCC）应答发送全部信息后，590发送（ACK）、（NAK）或不给答复进行响应。终止如计算机要停止选择一特定的590控制器，而要与另一台建立连接时，使用终止程序。6、590功能模块与参数设置（1）功能模块590装置中有许多功能模块，有输入、输出模块、电流控制模块、速度控制模块、磁场控制模块等，还有许多允许重新配制的模块，有：上升/下降、直径运算、斜坡、PID调节器、锥度计算、转矩计算器、给定值合计1

48、、给定值合计2等，有些输入输出模块也允许重新配置，还有一些内部连线，也允许重新配置。这样，人们就可以按照自己的控制目的来进行组态实现了。590装置每个参数都有唯一的一个标记号与之配用，该标记用于重新配置系统时来标置相应的参数。在重新组态系统时，必须首先启动配置使能标志，这一标志使所在输入与框图断开， 防止改变标记号时写入不正确的数据而造成危险。在配置结束后，配置使能标志必须返回禁止状态，只有返回到禁止状态，装置才能运行，否则装置将发出报警。590的组态方法分为三类： 输入、输出的重新配置，允许重新配置的参数有：模拟输入1、2、3、4、5；模拟输出1、2；数字输入1、2、3；数字输出1、2、3。

49、 软件模块的重新配置，允许配置的模块有：上升/下降模块、直径运算模块、PID调节器模块、锥度计算模块等。 内部连线的配置，共有10根内部连线：LINK1LINK10。（2）设定参数装置出厂时厂家已根据通常使用的情况为参数赋予了参数值，即所谓“缺省值”。当用户为了实现特定的用途时，必须通过人机接口（MMI）对相应参数进行修改。修改后的参数还必须进行参数存储操作，将修改后的参数存储到“EEPROM”存储器中，以免失电丢失。参数设定的操作步骤从略。6.2.4 590在复卷机电控系统中的应用从以上对590的介绍可知，590可方便的实现正反转运行，并且在制动时可方便的把能量反馈回电网；有数字量及模拟量输

50、入输出接口，还有丰富的内部组态模块及内部连线，用户可根据需要进行灵活组态以实现特定的功能。590的数字量输入输出端口可用于复卷机主传动点的连锁及互锁动作；模拟量输入输出端口可用于速度、张力、卷径予置、传动单元间的负荷分配、速度跟踪等；内部功能模块中含有的速度、电流模块，可实现常规的双闭环控制，利用PID模块还可实现多环控制以实现对特定量的调节；转矩控制模块可精确的实现装置对电机的转矩控制；斜坡输入模块可用于速度或张力的输入，使这些量的输出不受冲击；卷径计算模块可实现在复卷机运行过程中对退卷卷径的实时计算；锥度控制模块可以根据设定要求对控制量进行锥度控制；磁场控制模块可实现对磁场精确的电流闭环控

51、制，可实现弱磁调速；内部连线可以在内部模块间或内部模块与端口间建立联系，给灵活组态提供可能性。这些功能使得复卷机电控系统的设计非常灵活方便，具体的控制方法将在以后章节中详细介绍。6.3 主传动为直流电机的复卷机电控系统的设计前面已经提到过优良的纸卷应具有足够的硬度、而且内紧外松、径向硬度分布均匀。以保证在储存、运输过程中不变形、不崩裂，在印刷设备或其它加工设备上能平稳运行。而纸卷形态的优劣在很大程度上取决于复卷机的性能。双支承辊下引纸复卷机影响成品纸卷形态的主要因素有：（1）退卷纸幅张力控制（2）压纸辊的压力控制（3）前、后底辊之间的转矩程序控制（4）S曲线特性的升、降速控制若希望得到优良的纸

52、卷，就必须使复卷机具有上述四种功能，而且这四种功能是相互关联的，只有当全部功能适当的配合时才能达到最佳效果。当然如果对纸卷形态要求不甚严格时（例如纸卷不是用于高速印刷机时）为了减低造价，简化系统，也可以对四种功能作某些简化。 系统总体控制方案由于复卷机在生产过程中要求引纸时退纸辊工作在电动状态、在正常运行的状态下又要求工作在发电制动状态以保持纸的张力的恒定，而且在断纸时能快速制动，而直流传动能方便地实现这些功能。采用直流传动方式，由前底辊、后底辊、退纸辊三个传动点组成,其中后底辊为主令单元。前、后两底辊采用调压调速方式，退纸辊在基速以下采用调压调速、基速以上采用弱磁调速；而前、后底辊一般都工作

53、在恒磁通电动方式下，只有在断纸或要求快速制动时可采用回馈制动。对于三个传动点的主回路控制，总体上都采用转速电流双闭环控制，由590内部模块组态来实现；在后底辊需加入速度给定积分环节、S型升降速环节；在前、后两底辊间要加入速差控制、负荷分配控制；在退纸辊须加入弱磁控制、转矩控制、电流控制、点动控制、退卷张力控制等。对于两底辊与退纸辊之间的纸幅张力控制子系统，这是复卷机电控系统的关键部分。它的稳定与否直接关系到复卷质量。如对系统的控制精度要求不高，可采用间接张力控制；如对系统控制的灵敏度及精确性要求较高，应采用直接张力控制。压纸辊的压力控制采用带电液比例阀的液压控制系统。通过控制电液比例阀的控制电

54、压来释放压纸辊的压力，从而达到成品纸卷与两底辊间的压力恒定的目的。急停或断纸时采用回馈制动与抱闸制动相结合的快速制动方法。系统以后底辊电机为主传动点，前底辊和退纸辊为从传动点,速度给定值给出到后底辊，再由后底辊经外部连线传输到前底辊与退纸辊。圆刀采用交流变频传动，其车速随着后底辊的车速变化而变化，并高出几个百分点。系统应充分利用所选设备，达到快速、稳定、精确的目的。利用590能完成的任务尽量让它来完成，而PLC用于总体管理、压纸辊的压力程序控制、退纸辊的直接张力控制等。 系统控制功能设计1、压纸辊的压力控制卷取过程中成品纸卷的直径在逐渐增大，成品纸卷的重量在逐渐增加，成品纸卷与两底辊的接触点也

55、在改变，这就是说如果压纸辊施加的压力恒定的话，成品纸卷与两底辊的接触点之间的压力也在变化。为此如果期望最佳的纸卷形态的话，就必须借释放压纸辊施加压力负荷来补偿上述两项因素的影响，才能获得成品纸卷与两底辊的接触点之间的压力恒定的要求。成品纸卷与两底辊的接触点之间的压力的数学模型分 图6-2压纸辊压力分析图析如下：图62为压区压力分析图，设定：F成品纸卷与底辊接触点之间的压力，这一压力应保持恒定，根据纸种不同一般为300400公斤/米；B切边后纸幅宽度纸的比重D成品纸卷直径F1为保证成品纸卷与底辊接触点间的压力恒定，压纸辊应施加的压力（公斤）F2成品纸卷的自重F2=D2B/4(公斤) a压区压力与纸卷自重间的夹角 G压纸辊自重由图知：F×COSa=（F1+F2）/2 （式6-1）式中： （式6-2）将（式6-2）代入（式6-1）并整理得：（式6-3）前面已经提到过，压纸辊压力一是保证纸卷与底辊间产生足够的摩擦力，使之不至于打滑；二是压纸辊压力将直接影响着纸辊硬度。为保证压区压力恒定，压纸辊液压系统释放压力特性为压纸辊自重减去（式6-3）。显然压纸辊液压系统释放压力与成品纸卷直径之间的关系是非线性特性。在没有调整压纸辊压力的悬秤机构时，纸卷和支承辊之间的线压力的增加速度稍慢于纸卷重量的增加速度（因为当直径增大时，a角减小，而cos