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1、(10)申请公布号 CN 102502310 A (43)申请公布日 2012.06.20 C N 1 0 2 5 0 2 3 1 0 A *CN102502310A* (21)申请号 201110386971.0 (22)申请日 2011.11.29 B65H 23/18(2006.01) (71)申请人陕西北人印刷机械有限责任公司 地址 714000 陕西省渭南市高新区东风大街 西段 (72)发明人练大伟 王海龙 (74)专利代理机构西安弘理专利事务所 61214 代理人罗笛 (54) 发明名称 基于数值量通讯模式的张力控制系统 (57) 摘要 本发明公开了一种基于数值量通讯模式的张 力控。
2、制系统，包括PLC，以及与PLC连接的放卷部、 引入部、主机部、引出部、收卷部控制部分，各个部 分的放卷B轴变频器、放卷A轴变频器、引入牵引 变频器、主机变频器、引出牵引变频器、收卷A轴 变频器和收卷B轴变频器均为矢量变频器，并且 各个矢量变频器均通过各自的数字量通讯总线分 别与PLC连接，PLC通过通讯电缆与人机界面连 接。本发明的有益效果是，与现有技术相比，实时 性高、稳定性好、数据传递准确，同时实现系统节 约能源和降低成本的目的。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 。
3、附图 1 页 1/1页 2 1.一种基于数值量通讯模式的张力控制系统，其特点在于：包括PLC，以及与PLC连接 的放卷部、引入部、主机部、引出部、收卷部控制部分， 其中的放卷部设置有放卷A轴变频器(27)和放卷B轴变频器(30)，放卷B轴变频器 (30)通过放卷B轴变频电机(29)、减速器(28)与B卷轴连接，放卷A轴变频器(27)通过 放卷A轴变频电机(26)及其减速器与A卷轴连接，放卷B轴变频器(30)和放卷A轴变频 器(27)同时还与放卷卷径检测电位器(1)连接，放卷张力摆辊(2)以模拟量方式与放卷A 轴变频器(27)和放卷B轴变频器(30)同时连接； 其中的引入部设置有引入牵引变频器(。
4、24)，引入牵引变频器(24)通过引入变频电机 (25)及其减速器与引入牵引辊(4)连接，引入牵引辊(4)上方设置有引入压辊(5)，引入牵 引变频器(24)还与引入张力摆辊(3)连接，引入张力摆辊(3)以模拟量方式连接到引入牵 引变频器(24)； 其中的主机部设置有主机变频器(21)，主机变频器(21)通过控制印刷版辊的主机变 频电机(22)及其减速器与多组印刷版辊同时连接，相邻各组印刷版辊之间设置有多个导 向辊(6)； 其中的引出部设置有引出牵引变频器(19)，引出牵引变频器(19)通过引出变频电机 (20)及其减速器与引出牵引辊(7)连接，引出牵引辊(7)的上方设置有引出压辊(8)，引出 。
5、张力摆辊(9)以模拟量方式连接到引出牵引变频器(19)； 其中的收卷部设置有收卷A轴变频器(18)和收卷B轴变频器(15)，收卷A轴变频器 (18)通过A轴变频电机(17)及其减速器与收卷A轴连接，收卷B轴变频器(15)通过B轴 变频电机(16)及其减速器与收卷B轴连接，收卷A轴变频器(18)和收卷B轴变频器(15) 还同时与收卷张力摆辊(10)以模拟量方式连接； 上述的放卷B轴变频器(30)、放卷A轴变频器(27)、引入牵引变频器(24)、主机变频 器(21)、引出牵引变频器(19)、收卷A轴变频器(18)和收卷B轴变频器(15)均通过各自 的数字量通讯总线(14)分别与PLC连接，PLC通。
6、过通讯电缆(11)与人机界面(12)连接。 2.根据权利要求1所述的基于数值量通讯模式的张力控制系统，其特点在于：所述的 放卷B轴变频器(30)、放卷A轴变频器(27)、引入牵引变频器(24)、主机变频器(21)、引出 牵引变频器(19)、收卷A轴变频器(18)和收卷B轴变频器(15)均为矢量变频器。 权 利 要 求 书CN 102502310 A 1/5页 3 基于数值量通讯模式的张力控制系统 技术领域 0001 本发明属于印刷机械技术领域，用于机组式凹版印刷机和复合机的主轴传动控 制，以及放卷、引入、引出、收卷的张力自动化控制，具体涉及一种基于数值量通讯模式的张 力控制系统。 背景技术 0。
7、002 一般地，机组式凹版印刷机和复合机的张力控制系统都是采用模拟量控制的方 式，即通过PLC编制控制程序，来完成主机和放卷、引入、引出、收卷的逻辑控制和所需的当 前运行速度给定量，通过PLC模拟量输出模块输出相应的模拟信号，再依靠一根两芯屏蔽 线连接到各自的变频器上，变频器按该模拟信号控制三相异步电机，来实现整机的张力控 制。众所周知，模拟量信号的传输，有三大弊端：其一，易于受到干扰，稳定性差；其二，受控 制距离的限制，线阻随着距离的增大会造成信号的衰减；其三，传输速度慢，实时性差。目 前，这种模拟量控制模式的张力控制系统已经难于满足当前技术发展的要求，尤其很难满 足高速度、高精度的印刷和复。
8、合生产工艺的要求。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种基于数值量通讯模式的张力控制系统，解决了现有技术 中存在的模拟量易受干扰、易衰减、实时性差的问题。 0004 本发明所采用的技术方案是，一种基于数值量通讯模式的张力控制系统，包括 PLC，以及与PLC连接的放卷部、引入部、主机部、引出部、收卷部控制部分， 0005 其中的放卷部设置有放卷A轴变频器和放卷B轴变频器，放卷B轴变频器通过放 卷B轴变频电机、减速器与B卷轴连接，放卷A轴变频器通过放卷A轴变频电机及其减速器 与A卷轴连接，放卷B轴变频器和放卷A轴变频器同时还与放卷卷径检测电位器连接，放卷 张力摆辊以模拟量方式与放卷A轴变频器。
9、和放卷B轴变频器同时连接； 0006 其中的引入部设置有引入牵引变频器，引入牵引变频器通过引入变频电机及其减 速器与引入牵引辊连接，引入牵引辊上方设置有引入压辊，引入牵引变频器还与引入张力 摆辊以模拟量方式连接； 0007 其中的主机部设置有主机变频器，主机变频器通过控制印刷版辊的主机变频电机 及其减速器与多组印刷版辊同时连接，相邻各组印刷版辊之间设置有多个导向辊； 0008 其中的引出部设置有引出牵引变频器，引出牵引变频器通过引出变频电机及其减 速器与引出牵引辊连接，引出牵引辊的上方设置有引出压辊，引出牵引变频器另外还与引 出张力摆辊以模拟量方式连接； 0009 其中的收卷部设置有收卷A轴变。
10、频器和收卷B轴变频器，收卷A轴变频器通过A 轴变频电机及其减速器与收卷A轴连接，收卷B轴变频器通过B轴变频电机及其减速器与 收卷B轴连接，收卷A轴变频器和收卷B轴变频器还同时与收卷张力摆辊以模拟量方式连 接； 说 明 书CN 102502310 A 2/5页 4 0010 上述的放卷B轴变频器、放卷A轴变频器、引入牵引变频器、主机变频器、引出牵引 变频器、收卷A轴变频器和收卷B轴变频器均通过各自的数字量通讯总线分别与PLC连接， PLC通过通讯电缆与人机界面连接。 0011 本发明的基于数值量通讯模式的张力控制系统，其特点还在于：所述的放卷B轴 变频器、放卷A轴变频器、引入牵引变频器、主机变频。
11、器、引出牵引变频器、收卷A轴变频器 和收卷B轴变频器均为矢量变频器。 0012 本发明的有益效果是与现有技术相比，实时性高、稳定性好、数据传递准确，同时 实现系统节约能源和降低成本的目的。 附图说明 0013 图1是本发明的张力控制系统的硬件结构示意图。 0014 图中，1.放卷卷径检测电位器，2.放卷张力摆辊，3.引入张力摆辊，4.引入牵引 辊，5.引入压辊，6.导向辊，7.引出牵引辊，8.引出压辊，9.引出张力摆辊，10.收卷张力摆 辊，11.通讯电缆，12.人机界面，13.PLC，14.通讯总线，15.收卷B轴变频器，16.收卷B轴 变频电机，17.收卷A轴变频电机，18.收卷A轴变频器。
12、，19.引出牵引变频器，20.引出变频 电机，21.主机变频器，22.主机变频电机，23.印刷压辊，24.引入牵引变频器，25.引入变 频电机，26.放卷A轴变频电机，27.放卷A轴变频器，28.减速器，29.放卷B轴变频电机， 30.放卷B轴变频器。 具体实施方式 0015 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。 0016 参见图1，本发明的基于数值量通讯模式的张力控制系统的结构是，包括PLC，以 及与PLC连接的放卷部、引入部、主机部、引出部、收卷部控制部分， 0017 其中的放卷部设置有放卷A轴变频器27和放卷B轴变频器30，放卷B轴变频器 30通过放卷B轴变频电机29及其减速。
13、器28与B卷轴连接，放卷A轴变频器27通过放卷A 轴变频电机26及其减速器与A卷轴连接，同时放卷卷径检测电位器1检测当前实际的料膜 初始直径，以模拟量方式直接连接到放卷A轴变频器27和放卷B轴变频器30，放卷张力摆 辊2用于检测实际料膜张力，放卷张力摆辊2以模拟量方式连接到放卷A轴变频器27和放 卷B轴变频器30， 0018 其中的引入部设置有引入牵引变频器24，引入牵引变频器24通过引入变频电机 25及其减速器与引入牵引辊4连接，引入牵引辊4上方设置有引入压辊5，引入张力摆辊3 用于检测当前引入部实际料膜张力，引入张力摆辊3以模拟量方式连接到引入牵引变频器 24， 0019 其中的主机部设置。
14、有主机变频器21，主机变频器21通过的主机变频电机22及其 减速器与多组印刷版辊同时连接，用于控制各个印刷版辊的一致动作，相邻各组印刷版辊 之间设置有多个导向辊6，以便整机走料流畅； 0020 其中的引出部设置有引出牵引变频器19，引出牵引变频器19通过引出变频电机 20及其减速器与引出牵引辊7连接，引出牵引辊7的上方设置有引出压辊8，引出张力摆辊 9用于检测当前引出部实际料膜张力，引出张力摆辊9以模拟量方式连接到引出牵引变频 说 明 书CN 102502310 A 3/5页 5 器19， 0021 其中的收卷部设置有收卷A轴变频器18和收卷B轴变频器15，收卷A轴变频器 18通过A轴变频电机。
15、17及其减速器与收卷A轴连接，收卷B轴变频器15通过B轴变频电 机16及其减速器与收卷B轴连接，收卷张力摆辊10用于检测收料部实际料膜张力，收卷张 力摆辊10以模拟量方式连接到收卷A轴变频器18和收卷B轴变频器15， 0022 上述的放卷B轴变频器30、放卷A轴变频器27、引入牵引变频器24、主机变频器 21、引出牵引变频器19、收卷A轴变频器18和收卷B轴变频器15均为矢量变频器，所有矢 量变频器通过各自的数字量通讯总线14分别与PLC连接，PLC通过通讯电缆11与人机界 面12连接。 0023 本发明的基于数值量通讯模式的张力控制系统，用于机组式凹版印刷机和复合 机，其技术方案的核心是采用。
16、数字量通讯的方式将PLC和各个矢量变频器结合在一起。为 此系统共设置有七台矢量变频器和相应的七台变频电机：即由四台附带卷绕功能的矢量变 频器(放卷B轴变频器30、放卷A轴变频器27、收卷A轴变频器18和收卷B轴变频器15) 分别控制放卷部两个料轴的变频电机(A轴变频电机26和B轴变频电机29)和收卷部两个 料轴的变频电机(A轴变频电机17和B轴变频电机16)；由引入变频器27控制引入牵引辊 变频电机25；由主机变频器21控制印刷版辊变频电机22(每一色组版辊靠机械传动轴连 接，动力来源于主机变频电机)；由引出牵引变频器19控制引出牵引辊变频电机20。PLC与 人机界面12通过RS232通讯电缆。
17、11连接，构成操作人员与系统交互信息的平台。PLC和各 个矢量变频器通过ModeBus通讯总线14构成整个系统的网络平台。各个控制部分的变频 电机通过各自的减速器连接到各自的控制对象上(如引入牵引辊4和引出牵引辊7)。放卷 张力摆辊2、引入张力摆辊3、引出张力摆辊9和收卷张力摆辊10构成整个系统运行中张力 控制的检测机构。放卷卷径检测电位器1用于获取放卷A轴和B轴的初始卷径。 0024 PLC选用三菱FX3U型号；所有矢量变频器选用三垦力达S60系列(带卷绕功能)； 所有变频电机选用基频25Hz低速大扭矩的三相异步变频电机。人机界面12是操作人员与 系统交换信息的唯一渠道，实现系统参数的读写功。
18、能、系统状态的监控、系统故障的提示和 系统配方管理等功能。 0025 PLC用于完成整个系统的逻辑控制程序的编制和通讯协议，实现具体的工艺流程 和数据通讯中数据流量和次序的处理。PLC和每个变频器之间是通过ModeBus总线联系起 来的，他们之间完全是以数字量进行信息和数据的交换的。在系统运行过程中，PLC将系统 所需的速度信号以数字量的形式通过ModeBus总线14发布给每一个参与控制的变频器，同 时携带发布变频器各自的动作指令，这样，每一个变频器会按各自得到的指令和速度信号 驱使各自的变频电机动作起来。每一个变频电机自身配置有600线的增量编码器，直接连 接到变频器的编码器信号接收卡上，形。
19、成电机速度反馈的内部闭环控制。同时，系统中放卷 张力摆辊2、引入张力摆辊3、引出张力摆辊9和收卷张力摆辊10所附带的电位器信号分别 直连到各自的变频器模拟量输入口上，系统运行中，料膜张力的变化会引起张力摆辊位置 的变化，这种变化依赖摆辊附带的电位器信号传递给变频器上，变频器将这种变化通过其 内部PID调节，来保证整个系统张力的平稳。这样，张力摆辊和变频器就形成了系统控制的 外部闭环控制。 0026 本发明系统控制的设置重点是四台附带卷绕功能的矢量变频器，即放卷B轴变频 说 明 书CN 102502310 A 4/5页 6 器30、放卷A轴变频器27、收卷A轴变频器18和收卷B轴变频器15。在卷。
20、筒料的张力控 制中，收放的控制，最为关键的一个因素就是料卷的当前直径，本发明系统中，为了确保料 卷的当前直径的准确，采用了矢量变频器的卷绕功能。所谓的“卷绕功能”是指系统在运行 中，矢量变频器通过自身所控制的变频电机的实际转速(通过自身配置有600线的增量编 码器来反映)和系统给定的当前料卷的线速度，计算和实时更新当前的料膜卷径。料膜卷 径的准确性，决定了放卷和收卷控制性能的优劣。本发明系统中，料膜卷径的计算完全通过 变频器内部开发和编程来实现。 0027 在放卷自动换卷时，新料料卷的初始直径是这样的得来：放卷卷径检测电位器1 直接连接到放卷A轴变频器27和放卷B轴变频器30的模拟量输入端口，。
21、在放卷自动接换 料时，由于机械所配置回转塔的位置与新料卷的卷径大小相关联，而放卷卷径检测电位器1 所采集的信号能准确反映出回转塔的位置，所以系统依据放卷卷径检测电位器1采集到的 信号，通过相应的变频器自动计算得出当前新的料卷的卷径。 0028 本发明系统采用的三相异步变频电机为基频为25Hz的变频电机，在相同机械配 置和相同参数要求的印刷机中，在完全满足使用要求和性能指标的条件下，能够使放卷和 收卷四台电机从5.5KW(基频50Hz)更换为2.2KW(基频25Hz)，与之匹配的变频器自然由 5.5KW降为2.2KW；如果引入变频电机从2.2KW(基频50Hz)更换为1.5KW(基频25Hz)，。
22、与 之匹配的变频器自然由2.2KW降为1.5KW。 0029 本发明系统中，对于变频器的配线，除紧急停车和故障停机控制采用外部导线连 接外，其余控制全部采用数字量通讯的方式来实现的。这样，在节约配线的基础上，使系统 显得更为简练，大大降低了配线带来的故障，使系统的维修和护理更为简单。 0030 本发明系统中，尤其在放料部和收料部，系统采用了带卷绕功能的三垦力达S60 系列矢量变频器。对卷筒材料的印刷和复合中，对卷筒材料的当前直径的计算和更新，完全 是变频器自身通过张力检测传感器和电机编码器反馈的信号运算完成的，而不是原有模拟 量张力控制系统中那样，完全依赖于PLC计算得出的。这样，整个控制系统。
23、的运算控制核心 是变频器，而不再是PLC，从而把PLC从繁重的工作中解放了出来，同时，系统对PLC的要求 也大大降低了，使对选择PLC不再严格要求，可以采用最为普通的PLC代替原有系统中高性 能、高配置的PLC。同时，系统采用的三相异步变频电机为基频为25Hz的变频电机，通过M P*9550/N(其中的M为电机的输出扭矩；P为电机的额定功率；N为电机的转速)，不难看 出，要达到相同输出扭矩量，采用基平频25Hz的电机显然比基平频50Hz的电机，功率要小 很多。当然，电机功率的减小，与其相配置的变频器和相关低压元件同样会减小规格，自然， 元件的整体成本也就减少很多。这样，整体系统的成本也就降低了。
24、。 0031 所以说，基于数值量通讯模式的张力控制系统也是最为先进和经济的张力控制系 统，其带来的有益效果是： 0032 1)在硬件配置上去掉了原有模拟量张力控制系统中PLC必须具有的模拟量输入 和输出模块，使原有系统中高性能、高配置的PLC可以降级为廉价的普通PLC，大大提高了 系统的性价比。 0033 2)整个系统采用总线通讯的方式实现了系统各部分硬件的联结，简化了系统配 线，使系统更简洁，维护更方便，真正实现了节省配线的目的。 0034 3)采用数值量通讯模式，控制性能较原有模拟量模式而言，控制技术上更先进、可 说 明 书CN 102502310 A 5/5页 7 靠、实时，使整个张力控制系统更稳定、快捷和高效。 0035 4)整个系统运行节能，且实现了低成本的目标。 说 明 书CN 102502310 A 1/1页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102502310 A 。