目前，市場上常用的紙機引紙水針的操作和控制主要有兩種方法：⑴全手動搖輪操作的水針；⑵電機驅(qū)動的水針。全手動搖輪操作的水針由人工操作引紙、紙張全幅放寬，該方法對操作人員存在安全隱患；電機驅(qū)動的水針存在的缺點有：造紙機在引紙和斷紙時，受人工傳遞延后和操作人員操作反應速度快慢的影響；造紙機的幅寬受接近開關(guān)的限制，且接近開關(guān)調(diào)整位置過程繁瑣；造紙機水針頭受移動慣性和連接設(shè)備的影響而導致反應時間過長，引紙定位和全幅定位時，水針移動位置誤差大。
因此，設(shè)計一種造紙機水針移動的自動控制系統(tǒng)用以減少操作周期，減少引紙、斷紙?zhí)幚淼牟僮鲿r間，減少損紙，提升生產(chǎn)效率，節(jié)約能耗是非常重必要的。
造紙機特別是高速紙機或特種紙機的生產(chǎn)過程中，在引紙和斷紙?zhí)幚頃r，存在損紙多、紙機運轉(zhuǎn)負荷大、引紙和斷紙?zhí)幚頃r間長等。為了克服這些缺點，設(shè)計了一種造紙機水針移動的自動控制系統(tǒng)。
造紙機水針移動控制系統(tǒng)的組成
造紙機水針移動控制系統(tǒng)，包括水針架、PLC控制器、MCS、水針、行程開關(guān)，水針架上設(shè)有軸向移動的水針、行程開關(guān)，水針架一端設(shè)有與水泵連接的水管，PLC控制器通過位置測量編碼器控制水針移動。MCS輔助PLC控制器控制水針移動，MCS將位置測量編碼器的數(shù)據(jù)實時反饋給PLC控制器，使得水針的移動速度、位置，始終處于預設(shè)的設(shè)置中。
水針上設(shè)有變頻器。通過改變變頻器上的頻率，改變水針的移動速度。 MCS與水針架上的現(xiàn)場操作掛箱連接，MCS表面設(shè)置有顯示操作屏。顯示操作屏設(shè)置在現(xiàn)場操作掛箱上，方便人們輸入數(shù)據(jù)給MCS。
位置測量編碼器為光電編碼器。光電編碼器每轉(zhuǎn)都夠發(fā)出4096個脈沖信號。 行程開關(guān)有兩個：水針架的左側(cè)有一個行程開關(guān)，右側(cè)有一個行程開關(guān)。行程開關(guān)因不與PLC控制器連接，提高了PLC控制器的壽命。
水針移動控制系統(tǒng)設(shè)計
水針穩(wěn)定運行的關(guān)鍵點在于不同的位置采取不同的速度策略。通過改變變頻器的輸出頻率，改變水針的移動速度。在確定水針位置的0mm位置后，引紙的寬度設(shè)定為100mm到4000mm之間，這個范圍滿足所有紙機工藝所要求的引紙寬度范圍，并在MCS控制裝置上設(shè)定相應的值。以4000mm的紙張寬度為例，那么水針的4000mm處的位置就是紙張的位置，也就是說生產(chǎn)出來的紙寬度就是4000mm；水針的移動范圍設(shè)置為水針架上100mm至4000mm。為了快速響應和移動，需要變頻器快速起步全速移動，接近引紙位置100mm處和全幅位置4000mm處時要降速并準確到位；當水針移動的偏差在1000mm以外時，水針頭是全速移動的，在偏差值1000mm以內(nèi)，對應偏差值的減小，變頻器的控制速度也相應減小。變頻器的額定速度頻率0-50Hz，以PLC控制器設(shè)定值與位置編碼器反饋值為偏差值，偏差值從0-1000mm，來對應不同的變頻器的速度命令值。
圖 水針位置與命令速度曲線
從測試中得到一條偏差值和對應速度命令值的曲線，如圖2所示。建立一個近似的數(shù)學模型，來標明水針的移動位置和相應的速度改變值。把變頻器的速度命令設(shè)定值為V，V的范圍為0-100%；把PLC控制器設(shè)定值與位置編碼器反饋值之間的偏差值設(shè)為x，x的范圍0-1000mm，這個數(shù)學模型就是，V=5+0.022x+0.0000725x。所有的PLC的控制系統(tǒng)都能實現(xiàn)控制，當位置偏差值超過1000mm時，水針全速移動。當位置偏差值小于1000mm時，水針頭自動降速，偏差值越小，也就是越接近生產(chǎn)工藝要求的控制位置，速度越小。
PLC控制器通過位置測量編碼器控制水針移動速度，MCS通過位置測量編碼器減少了水針移動的位置誤差，可以提高紙機的操作自動化水平。
責任編輯：葛鴻燕
校對：葛鴻燕
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