CN103723548A

CN103723548A - 基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法

Info

Publication number: CN103723548A
Application number: CN201310695051.6A
Authority: CN
Inventors: 王兰兰; 田明; 李玲
Original assignee: Shaanxi Beiren Printing Machinery Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Beiren Printing Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: CN103723548B

Abstract

本发明公开了一种基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法，在印刷机收卷时按照以下函数进行张力控制：

其中，F为收卷时的锥度张力；D为收卷时的锥度直径；K为曲线的曲率系数,实际应用范围为100-900000；α和β为常数。本发明解决了现有张力控制方法会使得收卷过程中卷心邹造成的废品率高的问题，有效提高了收卷张力的精度和成品率。

Description

基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法

技术领域

本发明属于印刷机械与控制技术领域，涉及一种基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法。

背景技术

现有的机组式印刷机的收卷锥度张力主要是以一次函数的直线递减为主。线性张力锥度控制在原理上比较稳定，张力的值随收卷直径的增大而减小，对于一些正常工艺的印制品这种锥度控制可以满足印品要求，但是对于一些特殊工艺要求的印制品用线性的这种张力锥度控制还是有些不足，比如会出现卷心皱等问题。

现有技术《一种非线性收卷张力控制方法》中涉及收卷张力的非线性控制，但是现有控制在卷径在200mm-450mm的范围内收卷张力的衰减速度太快，而在450mm-800mm卷径范围内衰减速度太慢，这样会对形变量大的材料造成卷心200mm-450mm的范围内张力太小，而在450mm-800mm卷径范围内张力太大，这样造成“菜心”现象。

为了进一步提高收卷张力锥度控制的精度，降低卷心皱和“菜心”造成的废品率，我们提出了收卷张力凸曲线控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法，解决了现有张力控制方法会使得收卷过程中卷心邹造成的废品率高的问题，有效提高了收卷张力的精度和成品率。

本发明所采用的技术方案是，基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法，

在印刷机收卷时按照以下函数进行张力控制：

F = β + \frac{K}{(D - α)},

其中，F为收卷时的锥度张力；D为收卷时的锥度直径；K为曲线的曲率系数,实际应用范围为100-900000；α和β为常数。

本发明的特征还在于，

常数α和β是根据收卷时的起始参数和结束参数确定的，具体的确定方法为：

将锥度起始直径D₀和锥度起始张力F₀代入

中，

得到，

F_{0} - β = \frac{K}{(D_{0} - α)} - - - (1)

将锥度结束直径D_e和锥度结束张力F_e代入

中，

得到，

F_{e} - β = \frac{K}{(D_{e} - α)} - - - (2)

解（1）式和（2）式组成的方程组，可得

α = \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2},

β = F_{0} - \frac{K}{D_{0} - \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2}} .

在进行张力控制时，

当D≤D₀时，控制张力F＝F₀；

当D≥D_e时，控制张力F＝F_e；

当D∈(D₀,D_e)时，按照如下函数进行张力控制：

F = F_{0} - \frac{K}{D_{0} - \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2}} + \frac{K}{D - \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2}} .

本发明的有益效果是，这种凸曲线控制可以适应形变量小的印刷材料，可以解决收卷接料过程中产生的卷心邹问题，并且人机界面的上的凸曲线显示功能和当前张力随卷径变化的数字显示更显得直观明了，方便操作调整，更人性化。

附图说明

图1是本发明的基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法的函数模型曲线示意图；

图2是现有技术非线性张力控制方法中张力衰减与卷径增大之间函数关系图；

图3是现有技术线性直线方程的张力衰减与卷径增大之间函数关系图；

图4是本发明基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法中输出的张力控制数据曲线图；

图5是本发明的基于凹曲线的印刷机收卷张力控制方法中实际电气比例阀输出张力数据的曲线图；

图6是本发明的基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法中使用的控制装置的结构示意图；

图7是本发明的基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法中使用的张力控制装置的控制系统的原理图；

图8是本发明基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法中使用的控制装置的上位机显示的实时张力控制曲线图；

图9是本发明本发明基于凹曲线的印刷机收卷张力控制方法实施例中第1组数据进行生产时得到的张力与卷径之间的函数关系图；

图10是本发明基于凹曲线的印刷机收卷张力控制方法实施例中第1组数据进行生产时得到的张力与卷径之间的函数关系图。

图中，1.可编程控制器PLC，2.收卷摆棍，3.低摩擦气缸，4.传感器5.上位机HMI，6.料膜，7.收卷电机，8.电气比例阀，9.收卷变频器。

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。

本发明的基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法，如图1所示，其函数模型为反比例函数在第三象限的一支，当张力y表示收卷张力F，x表示收卷直径D时，得

将函数

在x轴方向向右平移α个单位，在y轴方向上平移β个单位可以得到一个第一象限的凸曲线K则表示曲线的曲率系数，在实际生产中的范围为100～900000，根据具体的材料性质进行设定。

在印刷机进行收卷的过程中，收卷起始时设定的锥度起始直径D₀和锥度起始张力F₀对应函数曲线上的点为P(D₀，F₀)，收卷结束时的锥度结束直径D_e和锥度结束张力F_e对应的函数曲线上的点为Q(D_e，F_e)，K值根据材料的性质和要求进行选定，

因为，

(F - β) = \frac{K}{(D - α)},

所以，

将上述P(D₀，F₀)和Q(D_e，F_e)的值代入函数，可得：

F_{0} - β = \frac{K}{(D_{0} - α)} - - - (1)

F_{e} - β = \frac{K}{(D_{e} - α)} - - - (2)

解（1）式和（2）式组成的方程组，可得

α = \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2},

β = F_{0} - \frac{K}{D_{0} - \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2}} .

将α和β的值代入中，可得

F = F_{0} - \frac{K}{D_{0} - \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2}} + \frac{K}{D - \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2}}

即为利用本发明基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法进行张力控制时的收卷张力与收卷直径之间的关系函数。

在实际生产过程中，

锥度起始直径D₀和锥度结束直径D_e的单位为cm，精确到0.1cm；取值范围为0～1000mm。

锥度起始张力F₀和锥度结束张力F_e单位为‰，精确到1‰，取值范围为：1‰～1000‰。

K值为控制曲线弯曲程度的曲率系数的设定值，取值范围为：100～900000。

该函数曲线是无限延伸的，在实际使用中要对曲线进行限幅，当卷径小于等于锥度初始卷径D₀时，取当前张力值为初始张力F₀；当卷径大于等于锥度结束卷径D_e时，取当前张力值为结束张力F_e；当卷径处于D₀和D_e的区间内时选择相应的凸曲线，即：

当D≤D₀时，F＝F₀；

当D≥D_e时，F＝F_e；

当D∈(D₀,D_e)时选择凸曲线

即采用以下算法：

F = F_{0} - \frac{K}{D_{0} - \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2}} + \frac{K}{D - \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2}}

本发明的基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法，与现有技术的张力控制方法相比，对张力的控制更加精确。如图2所示，现有技术的张力衰减与卷径增大之间函数关系图，图中张力和卷径非线性关系的函数式为：

其中D₀为初始直径，F₀为初始张力，D为当前直径，F为当前张力，K为张力衰减率。在实际使用该技术时存在以下几个问题：1.整个张力曲线变化过程不直观；2.结束直径对应的张力值大小不确定；3.在整个过程中张力的衰减率、起始张力、结束张力不能同时兼顾。故不能很好的对某些特殊材料的收卷张力进行很好的匹配。

图3则是现有技术的技术直线控制张力衰减与卷径增大之间函数关系图，图中张力和卷径非线性关系的函数式为：

其中D₀为初始直径，F₀为初始张力，D为当前直径，F为当前张力，其中D_e为结束直径，F_e为结束张力。现有技术直线控制确定了起始参数和结束参数后，控制过程就改变不了，适应不了印刷材料本身的软特性。

而本发明的基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法，

图4所示的是将收卷参数设定为表1中的数据时，通过本发明的张力控制方法中的函数进行设定后，控制算法得到的输出的张力控制数据凸曲线图。图中凸曲线1和凸曲线2分别第1组张力设定参数和第2组张力设定参数时，根据控制算法得到的理论上的张力控制输出凸曲线图。

图5则是本发明的基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法中实际电气比例阀输出张力信号呈凸曲线图，图中凸曲线1、凸曲线2分别为按照表1中第1组数据和第2组进行参数设定时，在实际生产中通过测试得到的实际电气比例阀输出的张力曲线图。

表1

从图4和图5通过对比可以看出，利用本发明的张力控制方法，在实际生产中，张力的控制曲线和实际的电气比例阀输出张力信号的曲线图完全吻合，实际的张力输出完全可以达到控制的预期目标。

通过如图6所示的张力控制装置得以实现，该控制装置的结构为：控制的核心元件为可编程控制器PLC1；控制收卷的收卷摆棍2；用于控制收卷摆棍的低摩擦气缸3；传感器4用于感应收卷摆辊2产生的浮动并产生反馈值，上位机HMI5的作用是用来设定和显示收卷的张力参数，进行参数设定和张力变化曲线的实时监控；料膜6；收卷电机7；将模拟量的电信号转换为空气的压力信号的电气比例阀8；收卷变频器9，图7是该张力控制装置的控制系统的原理图。

该张力控制装置进行张力控制的工作原理和过程为：在上位机HIM5上按实际需要设定好参考系数后，控制的核心元件PLC1根据设定的参数和当前的卷径对收卷张力做输出控制，PLC控制系统1将上位机HMI的参数通过编程计算后将张力值以模拟量的形式输出给电气比例阀8，电气比例阀8将电信号转换为空气压力反应到低摩擦气缸4上，低摩擦气缸4把相应的压力通过气缸臂以推力的形式传递给收卷摆棍2，收卷摆棍2以向右的张力拉动料膜6；同时PLC1通过控制收卷变频器9而控制的收卷电机7以收卷的形式给料膜6一个向左的张力，料膜6在两个张力的作用下达到二力平衡，如果料膜6的受力不平衡，则摆辊2以左右摆动的形式将偏差值反映给传感器4，传感器4将反馈值以模拟量的形式传输给PLC1，PLC1再通过控制收卷变频器9来控制收卷电机7的转速，电机7通过绕卷转动来控制料膜的张力，从而达到摆辊2张力和电机7的张力平衡，实现收卷平稳收卷。

图8是是本发明装置的人机界面显示的在收卷过程中实时显示的张力控制曲线图，从该界面上可以清楚的看到当前的各种参数，如：

TS（‰）为收卷锥度起始张力的设定值，单位为‰，精确到1‰，设定范围为1‰-1000‰；

DS(cm)为收卷锥度起始直径的设定值，单位为cm，精确到0.1cm，设定范围为0-100.0cm；

TE（‰）为收卷锥度结束张力的设定值，单位为‰，精确到1‰，设定范围为1‰-1000‰；

DE(cm)为收卷锥度结束直径的设定值，单位为cm，精确到0.1cm，设定范围为0-100.0cm；

K值为控制曲线弯曲程度的曲率系数的设定值，设定范围为100-900000。

参数设定后，显示的曲线图中横坐标表示卷径，单位为厘米，纵坐标表示张力，单位为1‰；竖线是可移动标尺，可以查看张力和卷径的对应值；参数和算法确定以后人机界面会准确的显示当前的卷径值D(cm)和当前的张力值T（‰）。

实施例

如表2所示，选取两组初始设定数据，然后由张力与卷径的函数关系式计算出数据，得到图7、图8、图9张力与卷径之间的函数关系图。

表2选取的两组设定的初始数据

从图9、图10可以看到，张力凸曲线的变化规律与图6基本相符合，曲率系数K值对这个控制过程的曲线变化起到明显的作用，并且在实施中，人机界面上智能、实时显示凸曲线，显示直观明了，操作方便；设定值为初始直径、张力，结束直径、张力，符合传统的操作习惯，并便于控制整个张力衰减过程。

因此，本发明的凸曲线锥度张力控制方法完全符合张力控制过程中对收卷张力的要求，收卷质量有明显提高，锥度曲线显示直观，具有巨大的应用价值和经济推广效益。

Claims

1.一种基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法，其特征在于，在印刷机收卷时按照以下函数进行张力控制：

F = β + \frac{K}{(D - α)},

2.根据权利要求1所述的基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法，其特征在于，所述的常数α和β是根据收卷时的起始参数和结束参数确定的，具体的确定方法为：

将锥度起始直径D₀和锥度起始张力F₀代入

中，

得到，

F_{0} - β = \frac{K}{(D_{0} - α)} - - - (1)

将锥度结束直径D_e和锥度结束张力F_e代入

中，

得到，

F_{e} - β = \frac{K}{(D_{e} - α)} - - - (2)

解（1）式和（2）式组成的方程组，可得

α = \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2},

β = F_{0} - \frac{K}{D_{0} - \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2}} .

3.根据权利要求2所述的基于凸曲线的印刷机收卷张力控制方法，其特征在于，在进行张力控制时，

当D≤D₀时，控制张力F＝F₀；

当D≥D_e时，控制张力F＝F_e；

当D∈(D₀,D_e)时，按照如下函数进行张力控制：

F = F_{0} - \frac{K}{D_{0} - \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2}} + \frac{K}{D - \frac{(D_{e} + D_{0}) + \sqrt{{(D_{e} - D_{0})}^{2} + \frac{4 K (D_{e} - D_{0})}{(F_{0} - F_{e})}}}{2}} .