中国报告大厅网讯，在现代造纸工业向高精度、高效率方向发展的背景下，机外涂布工艺因其可根据客户需求灵活选择涂布或不涂布的优势，正逐步取代传统的机内涂布方式，成为提升产品质量的主流技术路线。

  一、技术演进背景与工艺需求

  《十五五涂布机行业发展研究与产业战略规划分析预测报告》指出，作为机外涂布机的核心组成部分，退纸系统的自动化水平直接决定了整机的生产效能。其中，退纸辊的高速飞接功能——即在纸幅高速运行状态下将后卷接头自动粘贴至前一卷纸尾的技术——以及一次臂与二次臂的自动切换控制，构成了实现连续化生产的关键技术环节。

  当前行业面临的核心挑战在于：如何在900m/min的高线速度下，实现纸卷直径从3.158m到0.68m全范围内的无缝换卷，同时确保张力波动控制在±2%以内，并将换卷过程中的纸张损耗降低至传统人工操作的15%以下。这些技术目标的实现，依赖于高精度的顺序控制、动态张力调节以及毫秒级响应的飞接执行机构。

  二、涂布机退纸系统的硬件架构与传动配置

  2.1 涂布机多电机协同驱动方案

  退纸系统采用模块化设计理念，核心驱动单元包括一次臂传动、二次臂传动、飞接挤压辊传动及三个导辊传动。主传动配置如下：一次臂电机功率等级为1LA8403-6PM80，配套逆变器型号6SL3320-1TG33-3ACX;二次臂电机为1LA8355-6PM80，配套逆变器6SL3320-1TG32-2ACX;飞接挤压辊电机采用1LG6316-6PM80，配套逆变器6SL3320-1TG28-5ACX;三个导辊统一配置1LG6280-8AB60电机及6SL3320-1TE26-0AXX逆变器。

  整流供电采用12脉冲并联结构，两台SLM整流器并联运行，为直流母线提供稳定电源。各逆变器通过预充电回路连接至直流母线，该设计允许在不停机状态下隔离故障逆变器进行检修，显著提升设备可利用率。控制器与传动单元通过PROFIBUS-DP网络通讯，核心控制模块包括CPU 6ES7410-5HX08-0AB0、高速计数模块FM450-1AP00-0AE0及通讯处理器CP443-5。

  2.2 涂布机飞接检测与执行机构

  飞接功能的硬件基础包含高速光电检测传感器、旋转编码器及液压执行系统。光电传感器安装于一次臂母卷附近，用于检测飞接起始位置(Splice Mark Sense)，其信号接入FM450模块的高速数字量输入端子29。编码器脉冲信号(A相、B相及零位)接入FM450的1A、1B、1M端子，用于实时计算母卷旋转角度。FM450的高速输出端子33(DQ1)控制飞接辊液压阀动作，端子34(DQ2)控制切刀动作。

  液压系统的响应特性直接影响飞接精度：飞接辊动作延迟设定为230ms，切刀动作延迟设定为200ms，光电信号检测延迟设定为0ms。这些参数在控制系统中通过死区时间补偿功能进行修正，确保机械动作与电气信号的精确同步。

  三、涂布机高速飞接的核心算法与参数设定

  3.1 角度-脉冲转换与飞接时序计算

  飞接控制的核心在于将母卷旋转的机械角度转换为编码器脉冲值，建立精确的位置-时间对应关系。系统定义：当胶带位置与光电传感器位置重合时为0°，母卷旋转方向为正向。根据工艺要求，飞接辊需在胶带到达0°之前提前接触母卷，本项目设定提前角度为-54°(即306°位置)。

  关键参数配置包括：飞接辊接触角度(SP1)设定为-54°，胶带位置相对偏移(SP2)设定为54°，纸尾长度(Tail Length)设定为1.5m(即从胶带位置到切刀切断点的弧长)，数据复位角度(Reset Splice Roll)设定为150°。脉冲计数提前圈数(No. Revolutions Before Splice)设定为1圈，确保机械动作时间大于一周旋转周期时的计算准确性。

  飞接剩余时间的计算采用直径积分法：

  Tremain=L⋅V⋅(Dactual2−Dend2)/(Dstart2−Dactual2)/60 式中：Tremain 为剩余时间(s)，L 为当前计算长度，V 为线速度，Dactual 为当前直径，Dend 为结束直径(0.68m)，Dstart 为开始计算时直径。直径计算则通过线速度与角速度的积分比值获得：

  D=i⋅∫vmachinedt/π⋅∫nunwinderdt 其中i 为齿轮箱速比，vmachine 为线速度，nunwinder 为退纸辊角速度。

  3.2 涂布机自动换卷的顺序控制逻辑

  自动换卷流程遵循严格的时间序列控制：

  当二次臂直径减小至1.4m时，系统启动剩余时间计算;剩余时间小于270s时，飞接辊开始向上移动至飞接位(移动耗时150s);剩余时间小于120s时，一次臂自动启动(启动及同步准备耗时120s);直径小于0.68m时，飞接功能块激活，从检测到光电信号开始计算脉冲值;根据设定参数执行飞接;飞接完成后，纸卷切换至一次臂运行，二次臂进入快速停止模式。

  张力切换通过CC1信号实现：CC1=1时张力由一次臂控制，CC1=0时由二次臂控制。切换过程中CC1从1渐变至0，实现张力的平滑转移;飞接完成瞬间CC1从0跳变至1，张力瞬间切换至一次臂。

  四、涂布机一次臂与二次臂的自动切换控制

  4.1 涂布机双臂传动的状态转换机制

  一次臂与二次臂的自动切换包含14个严格定义的状态步骤：

  纸卷小车运送母卷至一次臂位置后，一次臂电机点动插入离合器，操作人员通过电位计调节速度，制作纸头并连接引纸风筝。引纸绳牵引纸幅通过第一组烘缸后，退纸辊从速度控制(引纸速度+电位计调节)切换至张力控制(引纸张力设定值)。整机加速至生产速度后，当一次臂直径小于1.5m，二次臂启动并进入带摩擦力补偿的速度控制模式。

  双臂同步后，二次臂插入离合器，此时一次臂保持张力控制，二次臂仅提供摩擦力转矩。离合器完全啮合后，一次臂转矩开始向二次臂传送，张力控制逐步转移。转矩传送完成后，一次臂拔出离合器并快速停止，随后移动至接新卷位置。二次臂携带母卷移动至运行位置并建立张力控制。飞接完成后，二次臂快速停止，一次臂瞬间接管张力控制。

  4.2 涂布机传动切换的动态性能优化

  切换过程的关键性能指标体现在张力波动的抑制。现场曲线显示：一次臂转矩(PCD torque act)平稳下降，二次臂转矩(SCD torque act)平稳上升，实际张力(Tension act)在整个切换过程中保持平稳，几乎无可见波动。这种平滑过渡依赖于速度环的精确整定和转矩预控的准确补偿。

  速度环优化采用对称最优(Symmetric Optimum)准则，阶跃响应超调量控制在43%左右，确保系统在0.3s内完成超调回调。优化方法为：在80%设计车速下，于速度给定端叠加0.5%的阶跃扰动，观察响应曲线并调整PI参数，直至获得理想的43%超调量及单周期稳定特性。

  五、涂布机张力控制的补偿策略与精度提升

  5.1 涂布机传动系统的多因素补偿模型

  为实现频繁加减速工况下的高精度张力控制，系统建立了摩擦力和转动惯量的完整补偿模型。摩擦力补偿分两个阶段实施：首先进行电机空载摩擦力补偿，随后进行带空轴运行的摩擦力补偿。转动惯量补偿则基于实时计算的纸卷惯量进行动态调整。

  转动惯量计算公式：

  J=32π⋅b⋅ρ⋅(Da4−Dcore4) 式中：J 为转动惯量，b 为纸幅宽度，ρ 为纸张密度，Da 为实际直径，Dcore 为空轴直径。加速转矩Mp=J⋅a/r ，其中a 为角加速度，r 为半径。加速张力Fp=2Mp/Da 。

  5.2 涂布机张力闭环的实时控制与优化

  张力控制采用三环结构：最内层为电流环，中间为速度环，外层为张力环。张力传感器反馈实际张力值，与设定值比较后经PID运算，输出叠加至预控转矩，形成闭环调节。引纸过程中，系统自动跟踪当前张力实际值作为初始设定值，实现无扰动投入。

  张力环优化采用扰动测试法：在张力给定端叠加3%的阶跃扰动，观察响应曲线，调整PI参数直至实际值呈现轻微超调，此时参数视为最优。涂布机行业技术特点分析指出，优化后的张力调节器响应时间小于0.2s，稳态误差小于±1.5%。

  断纸保护逻辑：当检测到断纸信号，张力控制立即切除，电机切换至速度控制模式并执行快速停止，最大限度减少纸张损耗。

  六、全文总结

  本研究针对涂布机退纸系统在高速运行条件下的自动化控制需求，构建了涵盖硬件配置、算法设计和参数优化的完整技术方案。核心创新点体现在三个方面：

  第一，建立了基于角度-脉冲转换的高速飞接控制模型，通过-54°提前接触角、1.5m纸尾长度及150°数据复位的参数组合，配合230ms/200ms的液压延迟补偿，实现了900m/min线速度下的可靠飞接，飞接过程张力波动控制在±2%以内。

  第二，设计了14步顺序控制流程，通过CC1信号的渐变与跳变组合，完成一次臂与二次臂之间的张力平滑转移与瞬间切换，切换过程实际张力几乎无波动，二次臂转矩平稳接管，一次臂快速退出。

  第三，构建了包含摩擦力补偿、转动惯量补偿和张力闭环控制的复合控制策略，速度环超调量优化至43%，张力环响应时间小于0.2s，系统可在直径3.158m至0.68m全范围内保持张力控制精度。

  该技术方案将自动换卷时间提前量优化至120秒预计算，显著降低了人工干预需求，减少了换卷过程中的纸张浪费，为涂布机行业向更高速度、更高自动化水平发展提供了可复用的技术范式。