目前，市场上常用的纸机引纸水针的操作和控制主要有两种方法：⑴全手动摇轮操作的水针；⑵电机驱动的水针。全手动摇轮操作的水针由人工操作引纸、纸张全幅放宽，该方法对操作人员存在安全隐患；电机驱动的水针存在的缺点有：造纸机在引纸和断纸时，受人工传递延后和操作人员操作反应速度快慢的影响；造纸机的幅宽受接近开关的限制，且接近开关调整位置过程繁琐；造纸机水针头受移动惯性和连接设备的影响而导致反应时间过长，引纸定位和全幅定位时，水针移动位置误差大。
因此，设计一种造纸机水针移动的自动控制系统用以减少操作周期，减少引纸、断纸处理的操作时间，减少损纸，提升生产效率，节约能耗是非常重必要的。
造纸机特别是高速纸机或特种纸机的生产过程中，在引纸和断纸处理时，存在损纸多、纸机运转负荷大、引纸和断纸处理时间长等。为了克服这些缺点，设计了一种造纸机水针移动的自动控制系统。
造纸机水针移动控制系统的组成
造纸机水针移动控制系统，包括水针架、PLC控制器、MCS、水针、行程开关，水针架上设有轴向移动的水针、行程开关，水针架一端设有与水泵连接的水管，PLC控制器通过位置测量编码器控制水针移动。MCS辅助PLC控制器控制水针移动，MCS将位置测量编码器的数据实时反馈给PLC控制器，使得水针的移动速度、位置，始终处于预设的设置中。
水针上设有变频器。通过改变变频器上的频率，改变水针的移动速度。 MCS与水针架上的现场操作挂箱连接，MCS表面设置有显示操作屏。显示操作屏设置在现场操作挂箱上，方便人们输入数据给MCS。
位置测量编码器为光电编码器。光电编码器每转都够发出4096个脉冲信号。 行程开关有两个：水针架的左侧有一个行程开关，右侧有一个行程开关。行程开关因不与PLC控制器连接，提高了PLC控制器的寿命。
水针移动控制系统设计
水针稳定运行的关键点在于不同的位置采取不同的速度策略。通过改变变频器的输出频率，改变水针的移动速度。在确定水针位置的0mm位置后，引纸的宽度设定为100mm到4000mm之间，这个范围满足所有纸机工艺所要求的引纸宽度范围，并在MCS控制装置上设定相应的值。以4000mm的纸张宽度为例，那么水针的4000mm处的位置就是纸张的位置，也就是说生产出来的纸宽度就是4000mm；水针的移动范围设置为水针架上100mm至4000mm。为了快速响应和移动，需要变频器快速起步全速移动，接近引纸位置100mm处和全幅位置4000mm处时要降速并准确到位；当水针移动的偏差在1000mm以外时，水针头是全速移动的，在偏差值1000mm以内，对应偏差值的减小，变频器的控制速度也相应减小。变频器的额定速度频率0-50Hz，以PLC控制器设定值与位置编码器反馈值为偏差值，偏差值从0-1000mm，来对应不同的变频器的速度命令值。
图 水针位置与命令速度曲线
从测试中得到一条偏差值和对应速度命令值的曲线，如图2所示。建立一个近似的数学模型，来标明水针的移动位置和相应的速度改变值。把变频器的速度命令设定值为V，V的范围为0-100%；把PLC控制器设定值与位置编码器反馈值之间的偏差值设为x，x的范围0-1000mm，这个数学模型就是，V=5+0.022x+0.0000725x。所有的PLC的控制系统都能实现控制，当位置偏差值超过1000mm时，水针全速移动。当位置偏差值小于1000mm时，水针头自动降速，偏差值越小，也就是越接近生产工艺要求的控制位置，速度越小。
PLC控制器通过位置测量编码器控制水针移动速度，MCS通过位置测量编码器减少了水针移动的位置误差，可以提高纸机的操作自动化水平。
责任编辑：葛鸿燕
校对：葛鸿燕
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