复卷机间接张力控制系统的研究与设计

论文摘要

论文针对高速双底辊复卷机的运行特点，对影响复卷机间接张力控制效果的诸多因素进行了深入探讨，其中主要讨论了退纸辊转动惯量对恒张力控制系统的影响、退纸辊加速度的计算、卷径计算方法的优化以及纸幅张力的估算。最后针对国产高速双底辊复卷机列举了直流调速和交流变频调速两种间接张力控制系统的具体设计实例。复卷机张力控制分直接张力控制和间接张力控制两大类，文中分析了直接张力控制和间接张力控制各自的特点和适用范围、应用场合。由于复卷机间歇运行、频繁加减速的负载性质，对张力控制系统的动态指标提出了很高的要求。因此，高速双底辊复卷机大都采用间接张力控制为主，直接张力微调的控制方案。但张力传感器价格昂贵，并不适用于国产的双底辊复卷机张力检测。通过理论分析，对影响张力的诸因素进行精确的补偿可以达到直接张力控制的效果。同时论文中给出了原纸卷动态转矩的计算公式，相应的离散化方程和适合在PLC中编程的近似算法，基于退纸辊转矩平衡方程的张力值估算算法。通过对张力估算值与张力传感器的检测值对比分析观察，得出的结论是张力估算值可以代替张力传感器构成张力闭环控制系统。论文对复卷机在稳速运行时的间接张力控制效果进行了理论上的分析，恒速运行时，纸幅实际张力与给定张力之间有一定的误差，但张力是稳定的；高速复卷机稳速运行时如果不对退纸辊直径变化产生的惯量转矩进行补偿，实际张力是随着复卷的进行逐渐变化的，从而证明在高速复卷机间接张力控制方案的设计中，必须考虑稳速运行阶段退纸辊惯量转矩对纸幅张力的影响。在对双底辊复卷机间接张力控制系统的参数进行优化分析时，文中给出了特殊情况下退纸辊卷径的计算方法，并对原纸卷惯性转矩计算方法进行了更深入地理论研究，对纸幅张力间接测量（软测量）的数学模型进行了分析。在论文的最后两章，分别介绍了针对国产双底辊复卷机设计的直流调速间接张力控制方案和采用高性能交流变频调速的间接张力控制方案。在直流调速复卷机控制设计方案中，重点介绍了退纸辊惯量转矩、加速度、卷径计算的PLC算法实现以及复卷机的调试和操作等。在交流变频调速复卷机控制设计方案中，重点介绍了这种基于PLC软件算法的间接张力控制在高性能变频调速装置上的实现。就国产复卷机而言，直流调速的复卷机是比较成熟的控制方案，而采用间接张力控制方案的交流变频调速双底辊复卷机是最近和将来复卷机控制的发展方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 复卷机张力控制系统的研究现状
• 1.3 课题的意义及本文所做的工作
• 2 双底混复卷机概述
• 2.1 双底辊复卷机的机械结构
• 2.1.1 双底辊复卷机的退纸部
• 2.1.2 双底辊复卷机的纵切部
• 2.1.3 双底辊复卷机的卷取部
• 2.2 国内外复卷机的发展现状
• 3 复卷机退纸辊张力控制的基本原理
• 3.1 张力控制系统的分类及基本原理
• 3.1.1 张力控制系统分类
• 3.1.2 卷取控制常用的计算功能
• 3.2 退纸辊张力控制方案分析
• 3.2.1 直接张力控制方案
• 3.2.2 间接张力控制方案
• 3.2.3 简单控制方案分析
• 3.2.4 控制原理框图
• 3.3 退纸辊惯性转矩的计算
• 3.4 退纸辊卷径变化对张力控制的影响
• 3.5 改进后的控制原理框图
• 4 复卷机间接张力控制系统参数优化
• 4.1 退纸卷径计算分析
• 4.1.1 卷径基本计算方法分析
• 4.1.2 减少卷径计算偏差的思想和方法
• 4.2 退纸辊惯性转矩的分析
• 4.2.1 复卷机退纸辊的惯性转矩研究的意义
• 4.2.2 退纸辊电机电磁转矩分析
• 4.2.3 退纸辊惯性转矩分析
• 4.2.4 卷筒上的惯性转矩的计算
• 4.3 纸幅张力值的估算
• 4.3.1 基于退纸辊参数的实际张力估算
• 4.3.2 张力估算误差分析
• 5 直流复卷机间接张力控制系统的设计
• 5.1 设计参数及计算依据
• 5.1.1 复卷机技术参数
• 5.1.2 复卷机电气设备参数
• 5.2 系统配置及控制方案
• 5.2.1 主电机功率、转速范围的计算
• 5.2.2 系统控制方案
• 5.3 PLC 相关功能程序算法
• 5.3.1 退纸辊直径计算
• 5.3.2 退纸辊加速度的计算
• 5.3.3 退纸辊转动惯量的计算
• 5.3.4 动态补偿值的计算
• 5.4 复卷机电控系统调试
• 5.4.1 出厂前调试
• 5.4.2 现场调试
• 5.5 复卷机的操作
• 5.5.1 开车前的准备
• 5.5.2 引纸操作
• 5.5.3 运行操作
• 5.5.4 停车操作
• 5.5.5 断电操作
• 5.5.6 其它操作注意事项
• 5.6 运行效果
• 6 交流复卷机间接张力控制系统的设计
• 6.1 复卷机传动系统的组成
• 6.2 ACS800 变频器和退纸辊的控制
• 6.2.1 ACS800 变频器性能
• 6.2.2 退纸辊的控制
• 6.2.3 退纸辊变频器主要参数设置
• 6.2.4 运行效果
• 6.3 国产双底辊复卷机张力控制系统的发展方向
• 7 本文总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文