Промышленная система управления натяжением бумажного полотна на основе двигателя постоянного тока

Промышленная система управления натяжением бумажного полотна на основе двигателя постоянного тока

Б. Хамитов,

студент 6 курса

Ю.В. Щербина,

д.т.н., профессор кафедры АПП

Лентопитающие устройства обеспечивают размотку рулона и подачу бумажной ленты в первую печатную секцию рулонной печатной машины (РПМ). В лентопитающих устройствах происходит регулировка натяжения бумажного полотна, так как на всем движении полотна в РПМ оно должно оставаться постоянным. Постоянное натяжение способствует предотвращению обрывов полотна в переходных режимах работы и обеспечивает стабильные условия печати. При этом управление натяжением обеспечивается за счет использования рулонных тормозов, которые воздействуют на ось вращения крепления рулона в лентопитающем устройстве.

В полиграфическом рулонном оборудовании в основном используются три базовых типа рулонных тормозов: магнитопорошко-вые, пневматические и на основе двигателей постоянного тока (ДТП).

Основным достоинством ДПТ является простота их конструкции и удобство управления. Эти устройства позволяют легко регулировать частоту вращения, а также вырабатываемый момент. Они имеют практически линейные механические характеристики и хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент) во время разгона и торможения.

К недостаткам ДПТ можно отнести дороговизну их изготовления, необходимость профилактического обслуживания коллектор-но-щеточных узлов и ограниченный срок службы из-за механического износа коллектора.

В данной статье, в качестве примера рассмотрена промышленная система управления натяжением полотна, разработанная специализированной фирмой «Е^агС^е^ег» [1].

Функциональная схема этой системы представлена на рис. 1. Здесь выделены следующие компоненты: объект управления - рулон с участком бумажной ленты, а также два контура управления: частотой вращения двигателя постоянного тока (1) и силой натяжения полотна (2).

Рис. 1. Функциональная схема управления натяжением с рулонным тормозом на основе ДПТ

На схеме также использованы следующие обозначения и сокращения: ДР - датчик текущего радиуса рулона; ДН - датчик силы натяжения ленты; Д - двигатель постоянного тока; Т - тахогенератор; ТП - тиристорный преобразователь; РУС - регулятор угловой скорости ДПТ; БД - блок деления; БУ - блок умножения; МУ - масштабный усилитель.

Перейдем непосредственно к регулятору натяжения. Для него задаются два параметра:

^зад - требуемая скорость движения полотна;

F^ - заданное значение силы натяжения полотна F^.

Датчик ДН измеряет текущее значение силы натяжения движущегося полотна F0, которое сравнивается с заданным значением F^ и в качестве сигнала рассогласования AF0 подается на цифровой PID -регулятор.

Регулятор натяжения формирует сигнал коррекции скорости AVr который складывается на сумматоре с сигналом скорости движения бумажного полотна V^ в первой бумаговедущей паре.

На разматывающем устройстве оверлейное (сложенное) значение линейной скорости ^печ делится на текущий радиус рулона р, величина которого поступает с датчика радиуса ДР или с блока вычисления радиуса (р').

В качестве задающего воздействия в контуре управления ДТП используется заданное число оборотов двигателя (пдзад). Этот сигнал поступает на регулятор угловой скорости ДПТ. Далее выходной сигнал регулятора натяжения подается на сравнивающий элемент, где он сопоставляется с текущим значением числа оборотов двигателя (пд) поступающего с выхода тахогенератора.

Затем сигнал рассогласования Дп1 поступает на PID-регулятор скорости (РУС), где формируется управляющее напряжение U0. Это напряжение поступает на тиристорный преобразователь ТП, выходной сигнал которого Ц, воздействует на якорь двигателя постоянного тока. Выходными характеристиками ДПТ в рассматриваемой схеме выступает угловая скорость вращения вала юд и тяговый момент двигателя Мд. Вал ротора соединен с редуктором (РД) для преобразования угловой скорости вращения вала ротора в угловую скорость вращения рулона юр. При этом РД передает тяговый момент МТ обратно пропорционально коэффициенту передачи редуктора кр, т. е.

МТ = Мд/кр.

В данной системе содержится структурная ошибка. Она состоит в том, что контур управления двигателем реализует схему, которая широко применяется в автоматизированных приводах на основе ДТП. Она предназначена для стабилизации угловой скорости юд и, сле-

довательно, при этом обеспечивает выравнивание угловой скорости размотки рулона ю во время печати. Это неблагоприятно потому, что в разматывающих устройствах угловая скорость юр меняется обратно пропорционально радиусу рулона , т. е. юр = V1печ/p. Это постоянно вызывает нарушение баланса установившегося режима и заставляет вводить дополнительные обратные связи по радиусу рулона в контур управления натяжением. В результате динамические свойства данной системы управления натяжением ухудшаются.

Рассмотрим структурную схему рассматриваемой системы управления натяжением, которая изображена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема системы управления натяжением ленты рулонным тормозом на основе ДТП

На этой схеме использованы следующие обозначения: F0, Н (кГс) - сила натяжения бумажной ленты; Мд, Н-м (кГом) - момент на валу ДПТ; Мт, Н-м (кГом) - тормозной момент на выходе редуктора РД; и1; В - напряжение на якоре ДПТ; ю рад/с - угловая скорость вращения вала ДПТ; р, м - текущий радиус рулона; р', м - рассчитанный радиус рулона, Дю0, рад/с - текущая угловая скорость рулона.

Далее в соответствии с этой схемой можно приступить к разработке математической модели промышленной системы управления натяжением ленты, используя дифференциальные уравнения рулона, амортизатора и участка бумажной ленты, содержащиеся в монографии [2]. Сведения о характеристиках и математических моделях ДПТ, можно взять из пособия [3]. Результаты моделирования предполагается изложить в последующих публикациях.

Библиографический список:

1. ELTENS. Системы измерения и регулирования натяжения полотна: рекламный проспект фирмы Erhardt-Leimer/GRU - 2182-RU-03-10/2006. - 31 c.

2. Щербина Ю.В. Динамические свойства процессов управления движением бумаги и краски в рулонных печатных машинах : монография / Ю.В. Щербина; Моск. гос. ун.-т печати. - М. : МГУП, 2003. -270 с.

3. Герман-Галкин С.Г. Электрические машины: лаб. работы на ПК / С.Г. Герман-Галкин, Г.А. Кардонов. - СПб. : Корона принт, 2003. - 256 с.