CC BY
20
Система
управления
намоточным
устройством
флексографской
печатной машины
Ю.В. Щербина,
д.т.н., профессор кафедры АПП
Флексографское печатное оборудование [1] оснащается лен-топитающими и намоточными устройствами, которые обеспечивают стабилизацию натяжения запечатываемого материала как перед его подачей в первую печатную секцию, так и при намотке в приемном устройстве после окончания процесса печати. Системы управления натяжением лентопитающих устройств, как правило, оборудуются пассивными электромеханическими или пневматическими осевыми тормозами, а также тензометрическими датчиками усилия натяжения ленты [2]. Намоточные устройства содержат исполнительный элемент на основе двигателя постоянного тока (ДПТ), который создает активный момент натяжения ленты, прикладываемый к наматываемому рулону. Особенности динамики рулона с ДПТ, применительно к лентопитающим устройствам описаны в статье [3]. В настоящей работе рассматриваются вопросы функционирования систем управления натяжением с ДТП применительно к наматывающим устройствам флексографских печатных машин.
На рис. 1 представлена функциональная схема наматывающего устройства флексографской печатной машины.
Она содержит механические компоненты: рулон, участок бумажной ленты между точкой проводки ленты через первую бумаго-ведущую пару А и точкой Б намотки рулона. В механическую часть системы входят также пружинно-масляный амортизатор, редукторы Р0 и Р1. Двигатель постоянного тока Д0 формирует тяговый момент намотки рулона М0, а двигатель Д1 обеспечивает движение запечатанной ленты с заданной скоростью Датчик натяжения (ДН), тахогенератор (ТГ1),
Рис. 1. Функциональная схема наматывающего устройства флексографской печатной машины
масштабный усилитель (МУ), силовые тиристорные преобразователи, (ТП0) и (ТП1), а также регулятор натяжения (РН) и регулятор угловой скорости БВП1 формируют информационно-управляющую и силовую части намоточного устройства.
Примем, что исполнительная часть системы, формирующая движение запечатанного материала через БВП1 обеспечивает формирование заданной скорости У'Ш за достаточное время Д^, достаточно малое по сравнению с установлением переходных процессов Д1:0 в контуре управления натяжением ленты, т. е. Д^ << Д10. Тогда мы можем принять, что V(¿).
В этом случае уравнения динамики [4] элементов намоточного устройства принимают вид:
I Л
■ ^ + Зб-Ьу-Р, V = ^0^о-Ьб£оВо (1)
, г-+#,
— 4
2яр'
4
/2 '0 р
00
— 2п р
+ ц80 - V -V - 2/а—
0 л 10 0 1 а —
(2) (3)
Т2
2 —2а
+ 2С 2Та—а + а-кае0.
е0,п -е0 (пТс1)
(4)
(5)
и0,п+1 - и0,п + ки7Сскму (80,п+1 -80 ) +кпкму (80,п+1 -80,п) (6)
и (О-ЕТ1 [(1 -в-г*р)/р}иол (7)
/Си
Гтп/ + и - Тп■ио (?) (8)
ГЯС!М- + М-—и0 ^ (9)
я С Rя ° Rя-р 0 0' (9)
Уравнения (1) и (2) характеризуют динамические свойства рулона с двумя входными параметрами: М0(?) - тяговым моментом
ДПТ и относительным удлинением ленты е0 (?). Этот элемент имеет две выходные переменные: V - линейную скорость намотки ленты в точке Б и р - текущее значение радиуса. Рулон имеет следующие параметры: Ь - ширина; 5 - толщина ленты; у - объемная плотность и Е0 - модуль
упругости запечатываемого материала. Постоянный параметр Рр зависит от моментов инерции ДПТ (Р0), крепления рулона (р ), передаточного отношения редуктора (/0) и начального радиуса наматываемого рулона (р0), т. е.
р -У0/0 + ^0-Ь4/2. (10)
Динамика участка ленты описывается уравнением (3), которое устанавливает связь ее упругого состояния е0 и входных параметров: линейной скорости намотки рулона V, скорости движения ленты в выводной бумаговедущей паре V и угла поворота штанги амортизатора а. Здесь Т0 - длина пути ленты между точками А и Б.
Пружинно-масляный амортизатор (4) имеет следующие параметры настройки: Га-дрТ(сЛ) - постоянную времени,
Са-кд!2д/(2а^аспр) - степень демпфирования, ка -2Ь5Е)/(ера). Здесь Р - момент инерции, с - жесткость пружины, I и I - соответственно
а ' пр ' а д
длина штанги амортизатора и плечо демпфера, кд - коэффициент демпфирования.
Управляющая часть системы включает аналого-цифровой преобразователь (5), цифровой ПИ-регулятор (6) и цифроаналоговый преобразователь (7). Данные уравнения содержат следующие параметры: 7д - период дискретизации сигналов; кму - коэффициент передачи масштабного усилителя; к и к - коэффициенты передачи каналов ин-
тегрального и пропорционального управления; е0_ номинальное значение относительного удлинения натянутой ленты.
Силовая часть системы содержит тиристорный преобразователь (8) и двигатель постоянного тока (9), которые имеют динамические свойства инерционных звеньев первого порядка. Здесь ТТП, ктп — постоянная времени и коэффициент передачи тиристорного преобразователя; С0 — электрическая постоянная; Т, — постоянная времени и сопротивление якоря ДПТ.
На рис. 2 изображена структурная схема системы управления намоткой рулона.
Мп
Рулон
I
РДо
МО
V (')
Участок ленты
а
Амортизатор
1
МУ
Д111 4- "Ч ТП и 0 С) ■ ЦАП Ц>,Я РН е0,п АЦП
Рис. 2. Структурная схема системы управления намоткой рулона
Видно, что рассматриваемая система имеет четырехконтур-ную структуру. Она включает внутренний контур «Участок ленты — Амортизатор», который вместе с рулоном охвачен обратной связью по относительному удлинению ленты е0. Двигатель постоянного тока также образует совместно с рулоном контур дополнительной отрицательной обратной связи. Внешним, по отношению к этим вложенным друг в друга элементам является канал обратной связи, осуществляющий регулирование натяжения ленты, который включает масштабный усилитель, АЦП, регулятор натяжения, ЦАП и тиристорный преобразователь.
Динамические свойства такой системы могут быть исследованы с помощью математической модели, которую следует разработать на основе разработанной структурной схемы и уравнений динамики (1)-(9). При этом данные уравнения необходимо линеаризовать в малых отклонениях от номинального режима. По результатам анализа параметрических переходных и частотных характеристик можно разработать методику настройки исследуемой системы.
е
о
р
е
о
Библиографический список
1. Техника флексографской печати : учеб. пособие / пер. с нем. ; под ред. В.П. Митрофанова. - М. : МГУП «Мир книги», 1997. - 202 с.
2. Щербина Ю.В. Методика настройки системы автоматического управления с тензометрическим датчиком натяжения ленты / Ю.В. Щербина // Вестник МГУП. - 2009. - № 11. - С. 238-245.
3. Щербина Ю.В. Исследование динамики лентопитающего устройства с рулонным тормозом на основе ДПТ / Ю.В. Щербина // Изв. вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. - 2011. - № 4. -С. 65-74.
4. Щербина Ю.В. Теоретические основы автоматизированного управления рулонным печатным оборудованием : учеб. пособие / Ю.В. Щербина. - М. : МГУП им. Ивана Федорова, 2011. - 242 с.
