阅读说明：本技术 具有多种张力控制模式的收料张力控制系统 (Receive material tension control system with multiple tension control mode ) 是由 马少伟 魏新平 夏溪 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有多种张力控制模式的收料张力控制系统,包括可编程逻辑控制器PLC和人机界面,控制器PLC内设置有相互连接的CPU中央处理器、模拟量AI输入模块和模拟量AO输出模块,模拟量AI输入模块连接有非接触传感器,非接触传感器设置在摆辊气缸动作端顶部,模拟量AO输出模块通过电气比例阀连接摆辊气缸,模拟量AO输出模块通过变频器连接收料卷轴的驱动电机；人机界面用于根据产品工艺设定张力控制模式及张力参数；非接触传感器测定摆辊气缸的摆动幅度并实时反馈给模拟量AI输入模块；控制器PLC根据人机界面上的张力控制模式、张力参数和摆辊气缸的摆动幅度实时控制摆辊气缸和驱动电机,实现对收料张力的实时控制。(The invention discloses a material receiving tension control system with multiple tension control modes, which comprises a Programmable Logic Controller (PLC) and a human-computer interface, wherein the PLC is internally provided with a Central Processing Unit (CPU), an analog quantity analog input module and an analog quantity analog output module which are connected with each other; the human-computer interface is used for setting a tension control mode and a tension parameter according to a product process; the non-contact sensor measures the swing amplitude of the swing roller cylinder and feeds the swing amplitude back to the analog quantity AI input module in real time; and the controller PLC controls the swing roller cylinder and the driving motor in real time according to a tension control mode and a tension parameter on the human-computer interface and the swing amplitude of the swing roller cylinder, so that the real-time control of the receiving tension is realized.)

具有多种张力控制模式的收料张力控制系统

技术领域

本发明属于印刷装置技术领域，具体涉及一种具有多种张力控制模式的收料张力控制系统。

背景技术

在复合、印刷、涂布的工艺生产中，收料是生产的最后一道工序，即采用收料机(或“收卷机”)将加工好的产品通过机械的方式收卷成卷料。为了减少产品在收料过程中发生褶皱、端面不齐等缺陷，人们开始研究张力控制系统。

现有的收料张力控制系统普遍只有直线控制系统，直线控制系统已经非常成熟，但是存在单一性，不能适用于多样化材料，而且存在收料不整齐，隔膜容易出现断膜、切边不齐、收卷材料卷芯皱等问题，停机整顿会造成巨大的经济损失，远远不能适应市场高速发展的要求。

随着人民生活水平的提高，对高品质的物质需求越来越高，现有张力控制系统已不能适应市场发展需求，不适用于涌现出的各种高品质的印刷、复合及涂布复合印刷材料，因此，急需要研发出一种能根据材料调节张力控制模式的收料张力控制系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多种张力控制模式的收料张力控制系统，解决了现有收料张力控制系统的控制模式单一，收料单一，不适用于多样化材料的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种具有多种张力控制模式的收料张力控制系统，包括可编程逻辑控制器PLC和人机界面，控制器PLC内设置有相互连接的CPU中央处理器、模拟量AI输入模块和模拟量AO输出模块，模拟量AI输入模块连接有非接触传感器，非接触传感器设置在摆辊气缸动作端顶部，模拟量AO输出模块通过电气比例阀连接摆辊气缸，模拟量AO输出模块通过变频器连接收料卷轴的驱动电机；

人机界面用于根据产品工艺设定张力控制模式及张力参数；非接触传感器测定摆辊气缸的摆动幅度并实时反馈给模拟量AI输入模块；控制器PLC根据人机界面上的张力控制模式、张力参数和摆辊气缸的摆动幅度实时控制摆辊气缸和驱动电机，实现对收料张力的实时控制。

本发明的技术特征还在于，

其中，张力控制模式包括收料张力直线模式、收料张力凸线模式、收料张力凹线模式和收料张力分段模式。

张力参数包括收料锥度起始张力F1，收料锥度结束张力F2，收料锥度起始直径D1，收料锥度结束直径D2，曲线K值，曲线K值为曲线的曲率系数，收料张力分段直径D3、D4、D5、D6、……、Dn以及收料张力分段张力F3、F4、F5、F6、……、Fn，其中，D1＜D3＜D4＜D5＜D6＜…＜Dn＜D2，单位为mm；F1＞F3＞F4＞F5＞F6＞…＞Fn＞F2，单位为N。

张力控制模式为收料张力直线模式时，当前的收料实时张力为F0，

式中，D0表示设备运行过程中收料的实时直径，单位为mm，F0的单位为N。

张力控制模式为收料张力凸线模式时，当前的收料实时张力为F0，单位为N；当D0＜D1时，F0＝F1；当D0>D2时，F0＝F2；当D1≤D0≤D2时，

式中，D0表示设备运行过程中收料的实时直径，单位为mm，F0的单位为N，K表示曲线的曲率系数，取值范围在1～550之间。

张力控制模式为收料张力凹线模式时，当前的收料实时张力为F0，单位为N；当D0＜D1时，F0＝F1；当D0>D2时，F0＝F2；当D1≤D0≤D2时，

式中，D0表示设备运行过程中收料的实时直径，单位为mm，F0的单位为N，K表示曲线的曲率系数，取值范围在1～550之间。

张力控制模式为收料张力分段模式时，当前的收料实时张力为F0，单位为N；当D0＜D1时，F0＝F1；当D0>D2时，F0＝F2；

当D1≤D0＜D3时，

当D3≤D0＜D4时，

当D(n-1)≤D0＜Dn，n≥5时，

式中，m＝n-1；

当Dn≤D0≤D2时，

式中，D0表示设备运行过程中收料的实时直径，单位为mm，F0的单位为N，K表示曲线的曲率系数，取值范围在1～550之间。

与收料张力分段模式对应的收料锥度结束张力F2、收料锥度起始直径D1、收料锥度结束直径D2、收料张力分段直径、收料张力分段张力和曲线K值可以通过人机界面实时设定，也可以在使用收料张力分段模式前通过人机界面存入控制器PLC中，在使用收料张力分段模式时，可根据需求直接调用所需张力参数。

人机界面上设置有收料锥度起始张力设定单元、收料锥度结束张力设定单元、收料锥度起始直径设定单元、收料锥度结束直径设定单元、曲线K值设定单元、曲线绘制单元、当前张力显示单元、当前直径显示单元、直径-张力曲线显示区、分段张力分段点的张力显示单元、分段张力分段点的直径显示单元、张力控制模式选择单元、“3寸曲线”张力参数设定单元、“6寸曲线”张力参数设定单元和“Help”导航单元导航单元用于帮助用户理解所述人机界面的各项功能。

当选择收料张力分段模式时，人机界面上会出现曲线选择单元，通过曲线选择单元可设定自动曲线和自定义曲线，设定为自动曲线时，控制器PLC自动配制存储的相应收料锥度结束张力F2、收料锥度起始直径D1、收料锥度结束直径D2、收料张力分段直径、收料张力分段张力和曲线K值，只需通过收料锥度起始张力设定单元设定收料锥度起始张力，再点击曲线绘制单元，张力曲线显示区即会自动生成张力控制曲线图；设定为自定义曲线时，人机界面上出现多条已设定的常用张力曲线参数，操作者可选择所需曲线参数，再点击曲线绘制单元按键，张力曲线显示区即会自动生成张力控制曲线图；控制器PLC根据张力控制曲线图实时控制收料张力。

本发明的有益效果是，

(1)本发明收料张力控制系统包含直线、凹线、凸线、分段张力控制四种模式，操作者可根据卷制的材料选择合适的张力控制模式，具有多样性，适用于多样化材料，包括多种高品质的印刷、复合及涂布复合印刷材料；

(2)通过人机界面、控制器PLC和摆辊气缸实时控制收料张力，灵活可靠，切边整齐，解决了收卷材料卷芯皱等问题；

(3)收料张力分段模式，只需在人机界面上设定“收料锥度起始张力(N)”值，按“曲线绘制”按键，直径-张力曲线显示区会自动生成张力控制曲线图，控制器PLC根据生成的张力控制曲线控制收料张力，操作简单，初学者容易掌握；

(4)控制器PLC的CPU中央处理器根据当前实时卷径，自动计算出与料卷直径相匹配的最佳张力，进行精密、平滑、稳定的收卷张力控制，保证收卷整齐，料膜平整而且没有卷芯皱，为企业降本增效、高质量发展提供动力，为企业提高效率和效益提供有力保障。

附图说明

图1是本发明收料张力控制系统的结构示意图；

图2是本发明收料张力控制系统选择收料张力直线模式时的人机界面示意图；

图3是本发明收料张力控制系统选择收料张力凸线模式时的人机界面示意图；

图4是本发明收料张力控制系统选择收料张力凹线模式时的人机界面示意图；

图5是本发明收料张力控制系统选择收料张力分段模式时的人机界面示意图；

图6是本发明收料张力控制系统中设置不同比例收料张力分段直径、收料张力分段张力时的人机界面示意图。

图中，1.收料卷轴，2.CPU中央处理器，3.模拟量AI输入模块，4.模拟量AO输出模块，5.电气比例阀，6.变频器，7.摆辊气缸，8.非接触传感器，9.收料摆辊，10.驱动电机，11.人机界面，11-1.收料锥度起始张力设定单元，11-2.收料锥度结束张力设定单元，11-3.收料锥度起始直径设定单元，11-4.收料锥度结束直径设定单元，11-5.曲线K值设定单元，11-6.曲线绘制单元，11-7.当前张力显示单元，11-8.当前直径显示单元，11-9.张力曲线显示区，11-10.分段张力分段点的张力显示单元，11-11.分段张力分段点的直径显示单元，11-12.张力控制模式选择单元，11-15.“3寸曲线”张力参数设定单元，11-16.“6寸曲线”张力参数设定单元，11-17.气胀套尺寸设定单元，11-18.导航单元，11-19.曲线选择单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种具有多种张力控制模式的收料张力控制系统，参照图1，包括可编程逻辑控制器PLC和人机界面11，控制器PLC内设置有相互连接的CPU中央处理器2、模拟量AI输入模块3和模拟量AO输出模块4，模拟量AI输入模块3连接有非接触传感器8，非接触传感器8设置在摆辊气缸7动作端顶部，摆辊气缸7动作端端部正对收料摆辊9的轴心线，模拟量AO输出模块4通过电气比例阀5连接摆辊气缸7，模拟量AO输出模块4通过变频器6连接收料卷轴1的驱动电机10，非接触传感器8为超声波传感器，驱动电机10为变频电机或伺服电机；

人机界面11用于根据产品工艺设定张力控制模式及张力参数，触摸屏采用西门子触摸屏TP-1200；非接触传感器8测定摆辊气缸7的摆动幅度并实时反馈给模拟量AI输入模块3；控制器PLC根据人机界面11上的张力控制模式、张力参数和摆辊气缸7的摆动幅度实时控制摆辊气缸7和驱动电机10，实现对收料张力的实时控制，控制器PLC采用西箱门子可编程控制器SIMATIC S7-1500。

张力控制模式包括收料张力直线模式、收料张力凸线模式、收料张力凹线模式和收料张力分段模式。

张力参数包括收料锥度起始张力F1，收料锥度结束张力F2，收料锥度起始直径D1，收料锥度结束直径D2，曲线K值，曲线K值为曲线的曲率系数，收料张力分段直径D3、D4、D5、D6、……、Dn以及收料张力分段张力F3、F4、F5、F6、……、Fn，其中，D1＜D3＜D4＜D5＜D6＜…＜Dn＜D2，单位为mm；F1＞F3＞F4＞F5＞F6＞…＞Fn＞F2，单位为N。

张力控制模式为收料张力直线模式时，当前的收料实时张力为F0，

式中，D0表示设备运行过程中收料的实时直径，单位为mm，F0的单位为N。

张力控制模式为收料张力凸线模式时，当前的收料实时张力为F0，单位为N；

当D0<D1时，F0＝F1；

当D0>D2时，F0＝F2；

当D1≤D0≤D2时，

式中，D0表示设备运行过程中收料的实时直径，单位为mm，F0的单位为N，K表示曲线的曲率系数，取值范围在1～550之间。

张力控制模式为收料张力凹线模式时，当前的收料实时张力为F0，单位为N；

当D0<D1时，F0＝F1；

当D0>D2时，F0＝F2；

当D1≤D0≤D2时，

式中，D0表示设备运行过程中收料的实时直径，单位为mm，F0的单位为N，K表示曲线的曲率系数，取值范围在1～550之间。

张力控制模式为收料张力分段模式时，当前的收料实时张力为F0，单位为N；

当D0＜D1时，F0＝F1；

当D0>D2时，F0＝F2；

当D1≤D0＜D3时，

当D3≤D0＜D4时，

当D(n-1)≤D0＜Dn，n≥5且Dn≤D2时，

上式中，m＝n-1；

当Dn≤D0≤D2时，

式中，D0表示设备运行过程中收料的实时直径，单位为mm，F0的单位为N，K表示曲线的曲率系数，取值范围在1～550之间。

与所述收料张力分段模式对应的收料锥度结束张力F2、收料锥度起始直径D1、收料锥度结束直径D2、收料张力分段直径、收料张力分段张力和曲线K值可以通过人机界面11实时设定，也可以在使用收料张力分段模式前通过人机界面11存入控制器PLC中，在使用收料张力分段模式时，可根据需求直接调用所需张力参数。

人机界面11上设置有收料锥度起始张力设定单元11-1、收料锥度结束张力设定单元11-2、收料锥度起始直径设定单元11-3、收料锥度结束直径设定单元11-4、曲线K值设定单元11-5、曲线绘制单元11-6、当前张力显示单元11-7、当前直径显示单元11-8、张力曲线显示区11-9、分段张力分段点的张力显示单元11-10、分段张力分段点的直径显示单元11-11、张力控制模式选择单元11-12、气胀套尺寸设定单元11-17、“3寸曲线”张力参数设定单元11-15、“6寸曲线”张力参数设定单元11-16、“Help”导航单元11-18和曲线选择单元11-19，导航单元11-18用于帮助用户理解所述人机界面11的各项功能，张力曲线的横坐标为收料锥度直径，纵坐标为收料锥度张力。

当选择收料张力分段模式时，人机界面11上出现曲线选择单元11-19，通过曲线选择单元11-19可设定自动曲线和自定义曲线，设定为自动曲线时，控制器PLC自动配制存储的相应收料锥度结束张力F2、收料锥度起始直径D1、收料锥度结束直径D2、收料张力分段直径、收料张力分段张力和曲线K值，只需通过收料锥度起始张力设定单元11-1设定收料锥度起始张力，再点击曲线绘制单元11-6，张力曲线显示区11-9即会自动生成张力控制曲线图；设定为自定义曲线时，人机界面11上出现多条已设定的常用张力曲线参数，操作者可选择所需曲线参数，再点击曲线绘制单元11-6按键，张力曲线显示区11-9即会自动生成张力控制曲线图；控制器PLC根据张力控制曲线图实时控制收料张力。

实施例1

采用本发明收料张力控制系统进行收料张力直线控制，在人机界面上设定以下参数，F1＝300N，F2＝20N，D1＝100mm，D2＝800mm；

F0表示当前的收料实时张力，单位为N；D0表示设备运行过程中收料的实时直径，单位为mm；

根据公式(1)可知，当D0＜100mm时，F0＝300N；

当100mm≤D0≤800mm时，

当D0＞800mm时，F0＝20N；

控制器PLC通过以上逻辑运算，可得到张力曲线图，点击人机界面11上的曲线绘制单元11-6，张力曲线显示区11-9上会显示出张力曲线图，控制器PLC根据该张力曲线图实时调节控制电气比例阀5，控制摆辊气缸7的摆动幅度，实现对收料张力的实时控制(见图2)。

实施例2

采用本发明收料张力控制系统进行收料张力凸线控制，在人机界面上设定以下参数，F1＝400N，F2＝100N，D1＝100mm，D2＝800mm，K＝100；

F0表示当前的收料实时张力，单位为N；D0表示设备运行过程中收料的实时直径，单位为mm；

根据公式(2)可知，当D0＜100mm时，F0＝400N；

当100mm≤D0≤800mm时，

当D0＞800mm时，F0＝100N；

控制器PLC通过以上逻辑运算，可得到张力曲线图，点击人机界面11上的曲线绘制单元11-6，张力曲线显示区11-9上会显示出张力曲线图，控制器PLC根据该张力曲线图实时调节控制电气比例阀5，控制摆辊气缸7的摆动幅度，实现对收料张力的实时控制(见图3)。

实施例3

采用本发明收料张力控制系统进行收料张力凹线控制，在人机界面上设定以下参数，F1＝500N，F2＝100N，D1＝100mm，D2＝800mm，K＝100；

F0表示当前的收料实时张力，单位为N；D0表示设备运行过程中收料的实时直径，单位为mm；

根据公式(3)可知，当D0＜100mm时，F0＝500N；

当100mm≤D0≤800mm时，

当D0＞800mm时，F0＝100N；

控制器PLC通过以上逻辑运算，可得到张力曲线图，点击人机界面11上的曲线绘制单元11-6，张力曲线显示区11-9上会显示出张力曲线图，控制器PLC根据该张力曲线图实时调节控制电气比例阀5，控制摆辊气缸7的摆动幅度，实现对收料张力的实时控制(见图4)。

实施例4

采用本发明收料张力控制系统进行收料张力分段控制，在人机界面上设定以下参数，F1＝300N，F2＝75N，D1＝100mm，D2＝800mm，K＝100；

D3＝170mm、D4＝190mm、D5＝220mm、D6＝270mm、D7＝320mm、D8＝370mm、D9＝470mm、D10＝570mm、D11＝670mm；

F3＝280N、F4＝250N、F5＝220N、F6＝200N、F7＝170N、F8＝150N、F9＝130N、F10＝100N、F11＝85N；

F0表示当前的收料实时张力，单位为N；D0表示设备运行过程中收料的实时直径，单位为mm；

根据公式(4)、公式(5)和公式(6)可知，

当D0＜100mm时，F0＝300N；

当D0＞800mm时，F0＝75N；

当D1≤D0＜D3，即100mm≤D0＜170mm时，

当D3≤D0＜D4，即170mm≤D0＜190mm时，

当D(n-1)≤D0＜Dn，5≤n时，

上式中，m＝n-1；

当D11≤D0＜D2，即670≤D0＜800时，

控制器PLC通过以上逻辑运算，可得到张力曲线图，点击人机界面11上的曲线绘制单元11-6，张力曲线显示区11-9上会显示出张力曲线图，控制器PLC根据该张力曲线图实时调节控制电气比例阀5，控制摆辊气缸7的摆动幅度，实现对收料张力的实时控制(见图5)。

另外，与收料张力分段模式对应的收料锥度结束张力F2、收料锥度起始直径D1、收料锥度结束直径D2、收料张力分段直径、收料张力分段张力和曲线K值可以在使用收料张力分段模式前通过人机界面11存入控制器PLC中，在使用收料张力分段模式时，可根据需求直接调用所需张力参数。

当使用者选择收料张力分段模式时，即通过张力控制模式选择单元11-12选择收料张力分段时，人机界面左侧中间会出现曲线选择单元11-19，通过按曲线选择单元11-19下面的三角形箭头，可切换“自动曲线”和“自定义曲线”两种模式。

设定为自动曲线时，控制器PLC自动配制存储的相应收料锥度结束张力F2、收料锥度起始直径D1、收料锥度结束直径D2、收料张力分段直径、收料张力分段张力和曲线K值，如Dn＝D1×((1+n)/n)且Dn<D2，Fn＝F1-50n，n≥3；只需通过收料锥度起始张力设定单元11-1设定收料锥度起始张力，再点击曲线绘制单元11-6，张力曲线显示区11-9即会自动生成张力控制曲线图；此控制方式，操作者只需设定收料锥度起始张力1个参数值，人机界面上就可以自动生成张力控制曲线图，操作简单易学。

当设定为自定义曲线时，人机界面上会出现20组常用张力曲线参数，操作者可通过手指上下滑动选择所需曲线参数，再点击曲线绘制单元11-6按键，张力曲线显示区11-9即会自动生成张力控制曲线图；控制器PLC根据该张力曲线图实时调节控制电气比例阀5，控制摆辊气缸7的摆动幅度，实现对收料张力的实时控制(见图6)。