Моделювання процесу управління динамікою поздовжньо-різального стану

Abstract

The paper considers the issues of paper rewinding processes and compliance with technological parameters to ensure the quality of this process. A review of the components of the modern elemental mechanical and electronic base for the design and creation of machines that perform the rewinding processes of various materials and paper in particular is carried out. Attention is paid to the specific features of using the programmable logic controllers and electric drives for the design of rewinding machines. The kinetics of electrical (voltage and current) and mechanical (rotor angular velocity and shaft torque) of the PRS-501 machine tool were experimentally investigated in the transient technological processes of acceleration and braking when switching from refueling to operating speed Based on the previously obtained dynamic model, a control system is proposed, developed on the basis of SIEMENS SIMATIC S7-300 and SIEMENS SINAMICS DCM electric drive. High reliability of the correlation of angular velocity from armature voltage (R2 = 0.8588) and shaft torque from consumption current (R2 = 0.8337) in acceleration mode was revealed. In braking mode, respectively, R2 = 0.9117 and R2 = 0.8865. The mechanical parameters of the strength of the paper being rewound and the dependence between the strength index and the mechanical parameters of the unwinding unit to maintain the tension specified for high-quality rewinding were investigated. Statistical data on the strength index in the longitudinal and transverse directions for one grade of paper were analyzed. A tension control system for the unwinding motor based on a PID controller was proposed. The mechanical properties of the paper in the longitudinal and transverse directions were studied and show that the basic strength condition σtechn< [σ], and, respectively Mt < [M] is fulfilled in the entire range of their variation. The control system proposes a concept of limiting the operating torque to ensure tension instead of direct torque control to ensure a safe rewinding process in the event of a web break.

Розглянуто проблематику процесів перемотки паперу і дотримання технологічних параметрів для забезпечення якості цього процесу. Проведено огляд складових сучасної елементної механічної та електронної бази для проектування та створення машин, які виконують процеси перемотки різних рулонних матеріалів і паперу зокрема. Приділено увагу специфіці використання програмованих логічних контролерів та електроприводу для проектування машин перемотки. Експериментально досліджено кінетику електричних (напруга і струм) та механічних (кутова швидкість ротора та крутний момент на валу) характеристик верстата ПРС-501 у перехідних процесах розгону й гальмування у разі переходу із заправної на робочу швидкість. На основі отриманої раніше динамічної моделі запропонована система керування, розроблена на основі SIEMENS SIMATIC S7-300 та електроприводу SIEMENS SINAMICS DCM. Виявлено високу достовірність кореляції кутової швидкості від напруги якоря (R2 = 0,8588) та моменту на валу від струму споживання (R2 = 0,8337) в режимі розгону. В режимі гальмування відповідно R2 = 0,9117 та R2 = 0,8865. Досліджено механічні параметри міцності перемотуваного паперу та залежності між індексом міцності та механічними параметрами вузла розмотки для дотримання заданого для якісної перемотки натягу. Проведено аналіз статистичних даних за індексом міцності в повздовжньому та поперечному напрямках для одного сорту паперу. Запропонована система управління натягом двигуна розкату на основі ПІД-регулятора. Вивчені механічні властивості паперу в повздовжньому та поперечному напрямках показують, що у всьому діапазоні їх варіації виконується основна умова міцності sтехн < [s], і відповідно Mт < [M]. В системі управління запропонована концепція обмеження робочого моменту для забезпечення натягу замість прямого керування моментом задля забезпечення безпечного процесу перемотки в разі обриву полотна.