卷绕头恒张力控制系统
收稿日期：2012-
03-21。作者简介：吴国平（1967-），男，陕西咸阳人，高级工程师，硕士，从事计算机软件和自动化设备开发工作。
doi ：10．3969/j．issn．1008-8261．2012．03.017
卷绕头恒张力控制系统
吴国平1，魏丹彤2
，徐
洁
1
（1.辽宁银珠化纺集团有限公司，辽宁营口115001；2.营口华方时代科技有限公司，辽宁营口115001）
摘要：主要介绍恒张力控制变频收卷系统的原理、卷绕过程中生产工艺的要求，以及控制系统调试中应注意问题。关键词：化纤；卷绕装置；恒张力控制系统中图分类号：TQ340．651；TP273．5
文献标识码：B
文章编号：1008-
8261（2012）03-0053-030前言
用变频器做恒张力控制的实质是闭环矢量控
制，即加编码器反馈。对收卷来说，收卷的卷径由小到大变化的，为了保证恒张力，所以要求电机的输出
转矩要由小到大变化。同时在不同的操作过程，要进行相应的转矩补偿。即小卷启动的瞬间、
加速、减速、停车。大卷启动时，要在不同卷径时进行不同的转矩补偿，这样就能使得收卷的整个过程很稳定，避免小卷时张力过大；大卷启动时松纱的现象。其实就是要求控制线速度恒定。
1
张力控制变频收卷的应用及工艺要求
1．1
传统收卷装置的弊端
纺织机械如：浆纱机、浆染联合机、并轴机等设
备都会有收卷的环节。传统的收卷都是采用机械传动，因为机械的同轴传动对于机械的磨损是非常严重的，据了解，用于同轴传动部分的机械平均寿命基本上是1年左右。而且经常要维护，维护的时候也是非常麻烦的，不仅浪费人力而且维护费用很高，给客户带来了很多的不便。尤其是纺织设备基本上是
开机后不允许中途停车的，
如发生意外情况需要停车会造成很大的浪费。在这种情况下，张力控制变
频收卷开始逐渐取代传统的机械传动系统。1．2
张力控制变频收卷的工艺要求
（1）在收卷的整个过程中都保持恒定的张力。
（2）在启动小卷时，不能因为张力过大而断纱；大卷启动时不能松纱。
（3）在加速、减速、停止的状态下也不能有上述情况出现。
（4）要求将张力量化，即能设定张力的大小，能
显示实际卷径的大小。
1．3张力控制变频收卷的优点
（1）张力设定在人机上设定，人性化的操作；（2）使用先进的控制算法：卷径的递归运算；空心卷径激活时张力的线性递加；张力锥度计算公式的应用；转矩补偿的动态调整等等。
（3）卷径的实时计算，精确度非常高，保证收卷电机输出转矩的平滑性能好。并且在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在操作失误的时候，能自己纠正卷径到正确的数值。
（4）因为收卷装置的转动惯量是很大的，卷径由小变大时，如果操作人员进行加速、减速、停车、再激活时很容易造成爆纱和松纱的现象，将直接影响
纱的品质。而进行了变频收卷的改造后，
在上述各种情况下，收卷都很稳定，张力始终恒定。而且经过PLC 的处理，在特定的动态过程，加入一些动态的调整措施，使得收卷的性能更好。
（5）在传统机械传动收卷的基础上改造成变频收卷，非常简便而且造价低，基本上不需对原有机械进行改造。改造周期短，基本上两三天就能安装调试完成。
（6）克服了机械收卷对机械磨损的弊端，延长机械的使用寿命，方便维护设备。
2
变频收卷的控制原理
2．1
控制原理
卷绕装置线缆的张力恒定是通过对线速度υ的控制来实现的。所以该卷绕装置变频控制系统以线速度υ作为直接的控制对象，通过闭环PI 控制使它保持恒定，从而达到线缆张力稳定的最终目的。该控制系统的原理如图1所示。
第25卷第3期2012-05
聚酯工业Polyester Industry Vol．25No．3May 2012
图1卷绕装置恒线速度控制系统原理图
Fig．1Winding device constant line speed
control system principle diagram
电位器送入的线速度给定信号（0 10V）在变频器内部被换算成转速信号，脉冲编码器反馈的脉冲信号也同样需要被换算为相对应的转速信号。然后2个量进行比较，再经过内置的PI调节，最后输
出相应的控制量改变卷绕电机M
1的转速n
1
，使线
缆的线速度υ迅速稳定在给定值。
在使用时，用户可以根据需要通过电位器灵活调整所需要的线速度υ的值。0 10V对应0 v
max
。该装置只需要单相编码器即可。如果安装的是双相编码器，实际使用中只需要接入其中一相的信号。另外，因为EV1000本身提供了24V DC的电源，所以编码器尽量选择可使用该电源的型号，以进一步降低系统的设备成本。
该装置中控制卷绕电机M
1
的EV1000变频器控制回路接线示意图如图2所示。
图2卷绕电机M
1
变频器控制回路的接线示意图Fig．2Connection schematic diagram of winding
motor M1inverter control loop
2．2收卷的动态过程分析
要能保证收卷过程的平稳性，不论是大卷、小卷、加速、减速、激活、停车都能保证张力的恒定。需要进行转矩的补偿。整个系统要激活起来，首先要克服静摩擦力所产生的转矩，简称静摩擦转矩，静摩擦转矩只在激活的瞬间起作用；正常运行时要克服滑动摩擦力产生的滑动摩擦转矩，滑动摩擦转矩在运行当中一直都存在，并且在低速、高速时的大小是不一样的。需要进行不同大小的补偿，系统在加速、减速、停车时为克服系统的惯量，也要进行相应的转矩补偿，补偿的量与运行的速度也有相应的比例关系。在不同车速的时候，补偿的系数是不同的。即加速转矩、减速转矩、停车转矩、激活转矩；克服了这些因素，还要克服负载转矩，通过计算出的实时卷径除以2再乘以设定的张力大小，经过减速比折算到电机轴。这样就分析出了收卷整个过程的转矩补偿的过程。
总之，电机的输出转矩=静摩擦转矩（激活瞬间）+滑动摩擦转矩+负载转矩。
（1）在加速时还要加上加速转矩；
（2）在减速时要减去减速转矩；
（3）停车时，因为是通过程控减速至设定的最低速，所以停车转矩的补偿同减速转矩的处理。
3调试过程
（1）先对电机进行自整定，将电机的定子电感、定子电阻等参数读入变频器。
（2）将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的圈数。然后用面板给定频率和启停控制，观察显示的运行频率是否在设定频率的左右波动。因为运用闭环矢量控制时，运行频率总是接近设定频率，所以运行频率是在设定频率的附近波动的。
（3）在程序中设定空芯卷径和最大卷径的数值。通过前面卷径计算的公式算出电机尾部所加编码器产生的最大脉冲量和最小脉冲量。通过算出的最大脉冲量对收卷电机的速度进行限定，因为变频器用作张力控制时，如果不对最高速进行限定，一旦出现断纱等情况，收卷电机会飞车的。最小脉冲量是为了避免收卷变频器运行在2Hz以下，因为变频器在2Hz以下运行时，电机的转矩特性很差，会出现抖动的现象。
4结语
恒张力控制系统广泛应用于化纤行业纺丝卷绕系统中，恒张力系统的控制精度直接影响着产品品质和卷筒成形，是化纤行业控制技术的核心技术。特别是在卷绕设备国产化的今天，这项技术得到越
45聚酯工业第25
卷
来越多的应用。在实际应用过程中特别是卷筒自动
切换过程中保持张力平稳更是重中之重，切换成功率问题已经成为国产卷绕设备与进口卷绕设备的区
别之一。
Constant tension control system of winding head
WU Guo-ping 1，WEI Dan-tong 2，XU Jie 1
（1.Liaoning Yinzhu Chem-Tex Group Co．Ltd.，Yingkou 115001，China ；2.Yingkou Huafang Age Science and Technology Co．Ltd.115001，China ；）
Abstract ：The principle of constant tension control frequency conversion roll-up system ，the production process re-quirements during winding process and the points for attention in control system debugging were introduced Key words ：Chemical fiber ；winding device ；欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍
constant tension control system
"十二五"期间我国对苯二甲酸项目新建或扩建情况
企业名称
新增产能/
（万t ·a －1）备注
江苏汉邦（江阴）石化有限公司
60．0
已经于2011年一季度建成投产
浙江逸盛石化有限公司
150．0
已经于2011年三季度建成投产
江苏三房巷海伦石化有限公司120．0一期60．0万t /a 计划2012年投产，二期项目投产日期未确定。河南洛阳龙宇化工有限公司90．0计划之中。可能在2012年动工，
2014年投产。四川晟达化学新材料有限责任公司100．0拟建，以四川石化炼油与乙烯项目为依托，预计2014年初建成投产。
珠海BP 化工有限公司145．0其中20万t /a 扩能项目计划在2012年第一季度完成；125．0万t /a 新建项目计划在2014年建成投产。逸盛大化（大连）石化有限公司50．0在建，计划在2012年建成投产。
翔鹭石化企业（漳州）有限公司
150．0
在建，该项目为腾龙芳烃（漳州）有限公司80．0万t /a 对二甲苯
项目的下游配套项目，
计划在2012年上半年建成投产。中国石化仪征化纤股份有限公司100．0与台湾远东新世纪股份有限公司按40∶60股份合资，项目已经获
得国家发改委批准，计划在2012年底或者2013年初建成投产。盛虹集团江苏虹港石化有限公司150．0已经于2011年7月开工，计划于2013年上半年建成投产。桐昆集团（嘉兴）石化有限公司80．0在建，项目计划在2012年底建成投产。亚东石化（上海）有限公司90．0拟建，项目计划在2013年建成投产。绍兴远东石化有限公司120．0拟建，项目计划在2013年建成投产。台化兴业（宁波）有限公司150．0拟建，项目计划在2013年建成投产。
海南逸盛石化有限公司
210．0拟建，项目为海南炼油化工有限公司60．0万t /a 对二甲苯项目的下游配套项目，计划在2013年建成投产。福建石狮佳龙石化纺纤有限公司110．0拟建，项目计划在2013年底或2014年初建成投产。恒力石化（大连）有限公司240．0拟建，计划在2014年建成投产。宁波三菱化学有限公司120．0拟建，计划在2014年底建成投产。
合计
2235．0
（崔小明供稿）
5
5第2期吴国平，等：卷绕头恒张力控制系统
恒张力控制系统
第一章设计说明 课题简介 设计一个恒张力收盘控制系统，就是要控制卷取物体时保持物体相互拉长或者绷紧的力。张力应用于最广泛的造纸、纤维、塑料薄膜、电线、印刷品、磁带等轻工业中，带材或线材的收放卷张力对产品的质量起着至关重要的作用。在收卷和放卷的过程中，为保证生产的质量及效率，保持恒定的张力是很重要的。本系统采用人及交互式的控制方法，由使用者输入设定张力值，通过磁粉制动器、传感器、转换芯片与单片机组成一个闭环系统，使张力恒定在设定值，达到恒张力控制的效果。 设计目的 通过本次课题设计，应用《单片机原理及应用》等所学相关知识及查阅资料，完成恒张力收盘控制系统的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。 设计任务 在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计任务： 1、设计单片机系统原理图（A0，PROTEL/CAD或手画）； 2、编写系统程序（主程序+子程序）； 3、写设计说明书；（设计说明，程序流程图，程序）； 4、答辩（十九周周四下午两点）； 设计方法 由按键驱动单片机中断，进入按键及显示程序，通过使用者输入数据并通知在LED上显示，输入数据储存在相关区域内备之后使用，返回到主程序后单片机接受由力传感器产生的经AD转换芯片转换后的数字力信号，通过与之前设定值的比较计算，得出控制信号，经DA 转换芯片变为模拟电压信号输入磁粉制动器控制端。若没有键盘中断，则如此往复运行信号检测、运算、输出程序达到动态平衡。
全数字张力控制系统的研究
全数字张力控制系统的研究-机械制造论文 全数字张力控制系统的研究 陈杰金霍览宇 （湖南机电职业技术学院电气工程系，湖南长沙410151） 【摘要】本文研究了国内外张力控制系统的数字化发展趋势，并分析对比目前市面上各种张力控制系统的特点和不足，提出了基于通用PLC控制器和变频器为核心的全数字张力控制系统设计方案。 关键词数字化；张力控制系统；PLC；变频器 ※基金项目：湖南省2013年度教育厅科学研究项目（13C254）。 作者简介：陈杰金（1979.02—），女，吉林松原人，湖南机电职业技术学院电气系，讲师。 1 问题的提出 很多行业涉及到张力的控制，张力控制系统是以卷材为材料的生产机械上最重要的控制系统，在冶金、纺织、造纸、印染等许多行业应用广泛，各种产品如钢板、铝箔、布料、塑料薄膜、纸张等卷材，这些材料在加工过程中需要卷曲或者开卷等工序，如铝箔张力控制系统，铝带经过粗轧、精轧等多个工序，变为铝箔之后卷曲成一卷成品。这个过程中张力的控制非常重要，张力过大、过小都会造成卷材质量问题，导致成品率低，比如在放卷、收卷以及过程中，都要保持一定的张力（或者称之为拉伸力），过大的张力会导致材料变形、甚至断裂，而过小的张力又会松弛，导致褶皱，张力控制不稳也会造成不匀、切断长度不稳定等现象，所以必须对张力进行控制，保持张力恒定。由于张力会随着卷径而变化，而张力的变化对卷取效果会有很大影响。因此说恒张力控制是高精度卷取控制的关
键环节。 在某些某冶金企业中仍有为数不少的卷取张力控制设备，其张力控制系统仍采用传统的模拟电子插板式控制系统，以分立的电子器件控制，设备老化，故障频发，急需进行控制系统的升级改造。本文主要是针对这个问题，提出了基于PLC 和变频器为核心的恒张力的控制方案，以较低的成本和较好的控制效果，实现设备的价值再现。 2 国内外研究现状综述 目前高精度的张力控制均能采取闭环控制，通常根据控制方式可分为直接张力控制、间接张力控制和复合张力控制三种方式。直接张力控制，是构建张力闭环控制系统，利用张力检测元件的检测信号与给定张力值比较，通过张力调节器，驱动执行机构，调节张力辊的位移，进而达到控制张力的目的；间接张力控制则是对卷取张力建模，通过对卷取机构的转矩方程进行静态、动态分析，确定影响张力的相关因素（如电流、卷径等），进而对这些因素进行反馈控制（如电流反馈、反电势反馈、卷径反馈控制等），从而达到恒张力控制的目的。复合恒张力控制则是两者的结合。在间接张力控制方式的基础上，增加一个张力闭环，形成三环控制系统。近年来，国内外卷取张力控制现状主要有以下两个方面：（１）利用制动器（磁粉离合器）的励磁电流与输出力矩的线性关系，通过控制和调节磁粉离合器的励磁电流进而控制输出力矩，实现张力控制。这种方式主要应用在轻工业如纺织、印刷行业等，代表产品有三菱张力控制器、华纳张力控制器等等，市场上产品丰富。 （2）通过标准工艺张力控制板及附带的控制软件，通过交直流传动装置，完成张力控制中的动态力矩补偿、卷径计算、恒张力控制等功能，进而实现恒张力
浅析分切机张力控制系统
浅析分切机张力控制系 An Analysis on Tension Control System of Cutter Zhang Y uncai ,Qi xingguang,Zhanghaili 摘要： 分切机的张力控制是分切机控制的核心。本文介绍了分切机张力的形成、影响张力稳定的主 要因素、张力控制的实现形式以及张力控制系统应用性能分析。 关键词： 分切机 张力 张力控制 1.引言 分切机主要是用来完成中低定量纸张（如卷烟纸、铝箔纸、玻璃纸、电容器纸等）和薄膜（如BOPP 、PVC 等）及类似薄型材料的纵向分切和复卷。一般情况下，车速比较快，控制精度要求比较高，其中张力控制是其控制的核心。张力控制是指能够持久地控制原料在设备上输送时的张力的能力。这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉断,使分切复卷后成品纸断头增多[1]。 2．张力的形成 张力的形成有多种实现形式，但其基本原理都是一致的。如简图1所示， 设张力为F ,收料卷运行线速度为V 1 , 放料卷运行线速度为V 2 ,根据胡克定律可得张力F: dt V V L F t o ? -=)(21εσ, 式中:ε为原料的弹性模量;σ为原来的横截面积;L 为原料牵引长度;t 为原料传送时间，t=L/ V 1 。由此可见,张力的形成是一个积分环节。在启动过程中,V 1>V 2,以使收卷辊内产生一 定的张力,当收卷达到我们所要求的合适张力后,及时调节动力机构使V 1、V 2稳定,这样,原料就在此张力 下稳定运行。张力控制系统就是要满足整机的张力稳定[2]。 2． 影响张力稳定的因素 张力产生波动和变化的因素往往比较复杂，其主要影响因素大致有以下几个方面： (1) 机器的升降速变化必然会引起整机张力的变化。 (2) 分切机在收、放卷过程中，收卷和放卷直径是不断变化的，直径的变化必然会引起原料张力的变化。放卷在制动力矩不变的情况下，直径减少，张力将随之增大。而收卷则相反，如果收卷力矩不变时，随着收卷直径增大，张力将减少。这是在运行中引起原料张力变化的主要因素。 (3) 原材料卷的松紧度变化同时会引起整机张力的变化。
张力控制器的知识与特点
张力控制器的知识与特点 现在行业设备中一般主要用日本三菱，蒙特福，KORTIS等张力 控制系统。按型号分有测力式，浮辊式等等。 简单来说，一般张力控制器只需要进行安装调试和微调两个基本操作就可以，其他具体参数要看需要的具体功能了。 对于一个控制器，PID设定一般进行如下调整：一般先把微分D 值设为零，积分I设为一个很小的数为5-10之间，改变P值从小到大，直到系统能调整稳定，当P调整好后，加一个外界干扰，看系统恢复到平衡所需的时间，如果太慢，增加I值，直到达到满意效果，一般系统改变经过两个周期达到平衡为最好。 在工控行业，在一些带状和线状类的产品，经常需要控制张力来达到生产要求，张力控制器就是控制这类张力的一种仪表，张力控制器是一种由单片机或者一些嵌入式器件及外围电路开发而成的系统，是一种控制仪表，它可以直接设定要求控制的张力值，然后直接输入张力传感器的信号（一般为毫伏级别）作为张力反馈值，通过比较得出偏差后，输入到PID等控制器进行处理，最好输出给外围执行机构去控制，最终达到偏差最小，系统响应最快的目的。张力控制器还有所谓的手动控制功能，一般是指人为可以通过张力控制器给定一定的输出量给执行机构（经常为电机的电流量）；一些张力控制器还带有卷径推算功能，一般应用在卷取设备上，有放卷和收卷之分；另外还 有锥度调节功能，可以在控制器内部直接设定一些工艺上要求的卷取 第 1 页共 3 页
锥度。 张力控制器的张力控制是指能够持久地控制料带在设备上输送时的张力的能力。这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下，它也有能力保证料带不产生丝毫破损。凹印机张力控制基本上分手动张力控制，开环式半自动张力控制和闭环式全自动张力控制三大类。手动张力控制就是在收卷或放卷过程中，当卷径变化到某一阶段，由操作者调节手动电源装置，从而达到控制张力的目的。不过现代凹印机手动张力控制系统已基本被淘汰，而仅仅作为闭环式全自动张力控制系统中的一种操作模式存在。开环式半自动张力控制又称卷径检测式张力控制，它是用安装在卷轴处的接近开关、检测出卷轴的转速，并通过所设定的卷轴直径初始值和材料厚度，累积计算求得收卷或放卷筒当前的直径，相应卷径的变化输出控制信号，以控制收卷转矩或放卷制动转矩，从而调整料带的张力。因为卷轴每转一圈，卷径会发生2倍于料带厚度的变化。此种张力控制不受外界剌激的影响，能实行稳定的张力控制。但是，由于受传动装置的转矩变化、线性变化和机械损耗等因素影响，这种张力控制的绝对精度较差。闭环式全自动张力控制是由张力传感器直接测定料带的实际张力值，然后把张力数据转换成张力信号反馈回张力控制器，通过此信号与控制器预先设定的张力值对比，计算出控制信号，自动控制执行单元则使实际张力值与预设张力值相等，以达到张力稳定目的。它是目前较为先进的张力控制方法。 另外，在我国制造和销售的中、高档印刷机张力控制系统中，由于更 第 2 页共 3 页
张力控制系统中的张力控制与变频
张力控制系统中的张力控制与变频
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张力控制系统中的张力控制与变频 1.力控制原理。以造纸机的张力控制为例，在图1a)所示的张力控制示意图中，传动电动机M的张力实际值是位于它前面的张力传感器的实际值。通过检测该处的张力情况，来控制传动电动机M的速度，从而形成一个张力闭环。电动机M的速度加快，则纸幅拉紧，张力的实际值就会上升；相反，速度降低，则纸幅松垂，张力的实际值就下降。 在这里，纸幅张力的设定值为T设定，实际值为T实际，经过张力控制器（T-控制）的PID调节器后，再乘以3%的偏移量，作为该传动点速度设定值的一个组成部分。原来传动的速度设定值（V设定）加上该组成部分，就是速度环（V-控制）的输入值，然后即可进行速度控制。在这里设置3%偏移量的目的就是通过传动速度的改变而使张力得到有效的控制。
图1 张力控制示意图 在图1b)所示的张力控制原理中，T-控制就是张力控制模块的实现，包括自动和手动两种方式。张力控制模块投运前需先检测判定现在的张力实际值是否在可投运的范围之内，否则就不能投运，此时按手动投运按钮或当自动投运信号为“1”时，即进入张力控制模块的循环中。张力PID模块的退出，它的条件为相关部位检测到断纸信号或按手动退出按钮。 2.力控制软件流程。这里以某一点的张力控制为例，采用plc语言编程进行张力软件的设计，其示意如图2示。由此可以推广到多点张力控制中去。 ①读取张力设定值。张力设定值的输入可从工艺控制台上进行，并可通过脉冲开关的动作对设定值微调，以符合实际纸幅稳定运行的需要。 ②读取张力实际值。张力实际值的产生是从PLC的模拟量板中获取的，调用相应的功能块程序。本过程读取张力的模拟量值后，在输出端得到标准化的量值，并可通过“高限”和“低限”参数来设置量程。从模拟量输入板读出的模拟量值首先变换为右边对齐的定点数（以标称范围为基础）。 ③张力控制投入判断。张力控制是否投入取决于工艺的需要和纸幅是否已经上卷，纸幅是否断裂，在其他逻辑块中进行手动按钮投入或自动信号投入的设定，以及自动退出。因此这里需要判断张力控制是否投入，如已投入，则进入张力PID控制模块，否则就只显示数值和
卷取恒张力控制
酸洗线卷取机恒张力控制原理及实现方法 摘要：卷取机张力的稳定性直接影响到清洗线产品的质量，卷取机的恒张力控制是卷绕自动控制系统中的关键技术。本文首先描述了实现恒张力控制的原理，通过分析选取了适合的控制方法。并结合意大利Ansaldo 全数字直流传动装置SPDM给出了一种具体的实现方法，这种方法搭建的系统在实际应用运行稳定，清洗效果良好。 关键词：张力控制最大力矩法全数字直流调速装置SPDM Abstract: The stability of the wind reel’s tension will influence the quality of the acid cleaning‘s product directly. The way of constant tension control to the wind reel is a key technique of the automatic taking-up equipment. At the beginning of this paper, we describe the principle of tension control. Then we choose a better control method based on analyze. And then we give a implement method use the Italian Ansaldo’s whole digit direct current timing equipment SPDM. The acid cleaning system based on this method worked steady and the wash effect is good. Key words: tension control; maximal moment method; whole digit direct current timing equipment SPDM. 1、概述 近年来，市场上对铜带的需求有增无减，国际市场上铜产品价格呈强劲上涨趋势。用户对铜带产品表面的光洁度要求越来越高，同时企业对清洗的效率也提出了更高的要求。传统的清洗方式已不能满足企业的需要。铜带清洗的质量一方面取决于工艺，另一方面也与卷取机张力有密切的关系。一般来说，卷取机张力的稳定性直接影响带材的质量和成品率。尤其在带材被拖动动态升降速的过程中，更要保持张力的恒定以免出现断带。传统的卷取机张力控制装置为模拟系统，其张力控制精度低，大约在±5%左右，而且由于调试困难，实际上往往难以达到。当前普遍采用全数字直流调速装置来实现恒张力控制。意大利Ansaldo 全数字直流传动装置SILCOPAC D在冶金领域有着广泛的应用。它有许多优异的性能如具有电流、速度、电势环的自整定功能，可以通过串行总线进行大量的数据交换，可以通过软硬件设定系统功能，满足用户多种需要等。磁场控制由一个可控硅控制的调压器作为电机的励磁控制，励磁控制模式可以是恒压控制、恒流控制以及自动弱磁升速控制。利用SILCOPAC D可以方便的实现卷取机的恒张力控制。本文的研究基于铜带酸洗线设计，主要讨论使卷取机张力恒定的控制原理并结合Ansaldo直流调速装置（SPDM）说明其实现方法。 2、卷取机恒张力控制原理 保持张力恒定通常采用间接张力控制方式。所谓间接恒张力控制方式，就是只给定张力设定值，不用检测器采集张力的实际值，对张力不形成闭环控制，而是通过对开卷机电流或磁场的控制来间接实现对张力进行恒定控制的方法。 2.1 常用间接张力控制法 通常采用的间接张力控制方式有2种：比例控制方式和最大力矩控制方式。为了说明这两种方式的差别，进行以下推导。下图为卷取机示意图：
变频器的应用—卷染机恒张力恒线速度控制
变频器的应用—卷染机恒张力恒线速度控制 2010-01-21来源：工控商务网浏览：41 一、前言 卷染机适合目前市场对多品种小批量织物的染色需求，可间歇式生产，发展前景看好应用越来越广泛。卷染机控制方面要求具备自动记道、自动计数、自动换向、自动掉头、自动停车、防坠液等功能，在整个工艺过程中，要求保证布匹的张力和线速度恒定，因此对系统的自控控制水平要求较高。国内较为传统的卷染机大部分采用双直流电机控制，只能达到近似的恒张力控制效果，也有采用单变频器的卷染机，放卷采用异步电机直流制动的方式，收放卷用接触器在变频器和直流制动之间进行切换，以上这些方案，分析其原理，都是在较大误差情况下的一种近似结果，因此控制效果不尽如人意。进口的高档卷染机，有的采用伺服控制，有的是用价格昂贵的工程型变频器来实现，效果较为理想，但是对于国内的用户来说，成本压力很大。本文以一个工程实例来说明采用汇川张力控制专用变频器精确并巧妙的完成卷染机的工艺要求。 CLM158巨型卷染机技术指标： ◆门幅：1800--3600mm； ◆最大卷径：1500mm； ◆车速：20--150m/min； ◆最高温度：98℃； ◆张力调整范围：300~1000N； 图一 图一是卷染机工作的示意图，这是一个典型的中心卷曲控制系统。未染色的布匹首先通过上布电机卷曲到其中的一个辊筒上，在辊筒的传动轴上安装有计数用的接近开关，此时控制系统计下整卷布的道次，上卷完毕，采用人工的方式把布匹的一头卷到另外一个辊筒上面，待包覆紧密即可正常开始工作。此时两个辊筒朝着同一个方向运转，控制的要求是保持布匹上的张力恒定，保持布匹在染液经过的时间一致，也就是线速度恒定。这是个没有线速度反馈的驱动系统，但线速度又实实在在的随着辊筒的半径的变化在变化。因此，控制系统需要适应这种独特的要求。 汇川MD330变频器为卷染机的高性能控制提供了理想的驱动平台。在江苏地区各个卷卷机厂家以及最终用户处的实际使用情况表明，采用MD330控制的卷染机，兼顾了控制性能和成本之间的要求，为该行业的产品升级换代提供了优秀的解决方案。下面结合用于平幅丝绸棉布尼龙人造及合成丝等织物的CLM158 巨型恒张力卷染机的工程实例说明汇川MD330高性能矢量控制变频器在该行业的应用。 二、采用张力控制专用变频器的卷染机电气系统 卷染机的控制可以分为温度控制和传动控制两部分，本文重点描述的是关系到张力以及线速度控制的驱动部分控制。
张力控制系统
张力控制系统MAGPOWR （美塞斯MC01/400/830/1898）往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成，目前主要应用于冶金，造纸，薄膜，染整，织布，塑胶，线材等设备上，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。 工作原理 这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下，也应有能力保证被分切物不破损。张力控制的稳定与否直接关系到分切产品的质量。若张力不足,原料在运行中产生漂移,会出现分切复卷后成品纸起皱现象;若张力过大,原料又易被拉断,使分切复卷后成品纸断头增多。 一套典型的张力控制系统主要由张力控制器，张力读出器，张力检测器，制动器和离合器构成。根据环路可分为开环，闭环或自由环张力控制系统；根据对不同卷材的监测方式又可分为超声波式，浮辊式，跟踪臂式等，下图为一个典型的闭环张力控制系统。 人工控制 MAGPOWR <1ll人工张力控制系统是适合于收卷，点到点和一些特定的放卷应用场合使用的低成本解决方案. 我们的手动电源供应器可以让f~ 淌除剩磁，15可以通过莫独特的皮向电流性能而用到制动器或离合器的完整的功率范围。该系统最适合应用于: ( 1 )需要自然锥角的收卷场合 ( 2 )卷装成形保持不变的点到点应用场合 ( 3 )从满卷到卷芯的放卷过程中允许有少量张力变化的场合 人工电源供给采用电流调节方式，当离合器或制动器从环境温度变化到工作温度时，莫输出仍保持不变。 可选用带有跳结器的90VDC 和24VDC 电压供给，额定电流可以调节，还可匹配磁粉制动器满足榕的应用需求。 可选安装方式DIN 标准导轨(C E) .撞墙式安装，印刷电路板。 张力控制系统(3张) 控制方式
工程应用1 基于PLC的恒张力控制系统
工程应用1 基于PLC的恒张力控制系统 一、项目目的 1.了解电线自动化生产线张力控制系统； 2.掌握电线自动化生产线恒张力控制系统工作原理； 3.掌握S7-300PLC编程软件平台、STEP7的程序结构和编程方法； 4.培养学生逻辑思维能力、创新能力、分析问题与解决问题能力 二、硬件系统设计 1. 硬件系统组成 硬件系统由编程计算机(上位机)、S7-300PLC控制器(下位机)和电线生产线（被控对象）等组成，编程计算机(RS232通讯口)和S7-300PLC控制器(DP通讯接口)之间通讯采用PPI通讯方式。 2. 恒张力控制原理 恒线速度恒张力调节系统以牵引机的速度为全线的基准速度，实现前后张力分段。收线机为卷取张力调节系统，放线机为开卷机张力调节系统，前后张力方向相反。 开卷机由欧陆514C致力调速板控制，形成一个张力、电流双闭环调速系统，它按照牵引机速度进行调节，如图1所示。开卷机张力给定，张力反馈信号和开卷机电流、张力双闭环调节系统构成了开卷机的调速系统，随着生产的进行，开卷机上的铜线盘半径不断减小，相应的电机转速必须逐渐增大才能保持电线上的张力恒定，但实现裸铜线的线圈半径检测很困难于是我们采用电缆张力负反馈，这样根据张力反馈信号的大小来调节开卷机的转速，在整个过程中开卷机随着牵引机的速度转动，从而使电缆张力保持恒定。 图1恒张力系统示意图 3.定义I/O口地址分配表 分析与恒张力控制相关的生产线设备（开卷机、牵引机），分配PLC输入、输出信号地址。 4.设计出硬件系统接线图
三、PLC控制程序设计 1. 模拟量闭环控制系统的组成 典型的PLC模拟量闭环控制系统如图2所示， 图2模拟量闭环控制原理图 在过程控制中，按照偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器是应用最广泛的一种自动控制器。 2. S7-300PLC实现闭环控制的方法 S7-300PLC的FM355是智能化的4路通用闭环控制模块，可以用于化工和过程控制，模块带有A/D转换器和D/A转换器。 除了专用的闭环控制模块，S7-300PLC也可以用PID控制功能块来实现PID 控制。但是需要配置模拟量输入模块和模拟量输出模块。 系统功能块SFB41可用于CPU314的闭环控制。SFB41“CONT_C”(连续控制器)的输出为连续变量。可以用SFB“CONT_C”作为单独的PID恒指控制器。控制器的功能基于模拟信号采样控制器的PID控制算法。 3．程序要求 (1)按下开卷电机起动按钮，开卷电机起动，经过P参数和I参数设定的PID 控制器控制电线的张力达到要求的恒定值。 (2)按下牵引电机起动按钮，牵引电机起动，通过调节控制牵引电机的变频器的给定值调节牵引电机的转速，要求PID控制器自动控制开卷机的转速保持电线的张力维持恒定值。 (3)按下停止按钮，系统停止运行。 4程序设计提示 (1)生产线启动过程应先起动放线机，再起动牵引电机 (2)PID控制方式中的P参数和I参数的数值多为经验值，可通过多次试验得出合适的设定值。 四、预习报告设计要求 1. 实验前，根据控制内容设计出系统的接线图、程序流程图、时序图； 2.设计出控制程序，并尝试创新出其他的电线生产线恒张力控制功能。 五、系统调试及问题分析
6 卷纸张力控制系统
指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 自动化学院 自动控制原理课程设计报告 设计题目：卷纸张力控制系统 单位（二级学院）： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间： 重庆邮电大学自动化学院制
目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 （一）、卷纸张力控制系统原理 （二）、控制过程分析 （三）、系统的时域分析与频域分析 （四）、系统校正 三、设计总结 四、参考文献
一、 设计题目 在造纸厂的卷纸过程中，卷开轴和卷进轴之间的纸张张力采用下图所示的卷纸张力控制系统进行控制，以保持张力F 基本恒定。 要求： （１） 查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统 方框图。 （２） 分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。 （３） 分析系统时域性能和频域性能。 （４） 运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足给定性能指标要求。 （已知：m T =0.35 n T =3 12k = 22k = 1m k = 3n k = 反馈系数：1α= 要求：4,40c c ω≥γ≥） 二、 设计报告正文 摘要： 关键词：
（一）、卷纸张力控制系统原理 图1-1卷纸张力控制系统 系统工作原理： 在造纸厂的卷纸过程中，当纸张不断地从卷开轴向卷进轴运动时，线速度就会下降，从而纸张承受的张力会相应的减小。为保证张力的基本恒定，必须调整电机的转速。 图1-1所示的控制系统中，采用三个滑轮和一个弹簧组成的张力测量器来 测量纸上的张力。 将测量的实际张力与预设张力进行比较，经放大器放大后得到电机的输入电压。通过电压的变化来调节电机的转速，进而调节卷开轴向卷进轴运行的线速度。最终，使纸张的张力保持基本恒定。 电机---被控对象 预设张力---系统给定量 实际张力---系统控制量 通过对系统的分析，可得卷纸张力控制系统的方框图如图1-2所示 图1-2卷纸张力闭环控制系统方框图
印刷机操作规程
印刷机操作规程 一、塑料凹版印刷机的印刷工艺流程 二、薄膜放卷→张力控制→印刷第一色→干燥→套印第二色→干燥→套印第三色→干燥→套印第四色→干燥→牵引→收卷 三、? 四、二、塑料凹版印刷机的操作程序 五、1、准备工作 六、①检查印刷机周围是否有灰尘、垃圾以及同印刷无关的杂物，检查通风排气设施是否完好。 七、②检查原辅材料是否备足，是否符合印刷要求。塑料薄膜的印刷，要求待印基材膜符合以下要求：表面光滑平整，无明显僵块、黄黑点、孔洞，五过多的皱褶；待印基材薄膜的平均厚度误差应在10%以内（1m印刷宽度时），平均厚度误差的计算公式可参见干式复合基材膜的要求；在印刷压力下，待印基材膜的伸长率应在1%以内；待印基材膜的表面张力应≥40dyn/cm；事先了解基材薄膜同印刷油墨之间的亲和性情况，对于易与印刷墨中溶剂溶解和溶胀的薄膜，印刷速度和油墨的浓度可大一些。涂布基材膜涂布层印刷时，应了解涂布树脂同油墨的附着力如何。 八、③检查版辊质量。注意后一套色的版辊应略大于前一色，如：第二色版辊的周长应大于第一以版辊周长1%，至少应当稍大或相等，绝对不可比第一色小，否则无法套印正确。检查版辊图案、色标情况。
九、? 十、④检查印机传送、送料、走料、干燥、上墨、牵引和卷取各部分是否有卡阻现象，润滑部分注入润滑油，油路是否顺畅，仪器仪表是否完好。如设备上有油墨黏度自动控制仪的话，应调节印刷油墨的黏度在14~18s的设定值上，并在其中倒入混合溶剂，同墨槽用墨泵相连接。检查电脑自动对版装置。 十一、⑤调配好油墨，选择同打样色标一样的原色油墨。 十二、? 十三、2、装版 十四、装版时要注意版子的左右面，卡紧锥体时不能过紧，防止把铜版辊胀裂，过松，印刷时会“逃版”。按照印刷色序来安装版辊。里印刷的印刷色序是金银墨→黑墨→原青→原黄→原红→白墨。正印刷时刚好相反：白墨→品红墨→黄墨→青墨→黑墨→金银墨。 十五、? 十六、3、上刮墨刀 十七、刮墨刀一般采用薄钢片，厚度在0.15~0.55mm之间。刮墨刀同印辊接触点切线之间的角度在15°~45°之间，小于15°，油墨不易刮净；大于45°，对印版和刮刀的损伤都比较重，易把印版镀铬层刮坏。刮墨刀压力不易过大，太大，易损坏印版；过小。不易刮净油墨。刮墨刀使用旧了的时候，可以用280~400目油石，从左向右均匀地沾上机油研磨，或者用800目以上金相砂皮纸沾上机油把刮墨刀连同刀架一起卸下后夹在夹具上均匀研磨，防止刮刀伤害人的手指。 十八、?
张力控制的目的就是保持线
在这种模式下，无需张力检测反馈装置，就可以获得更为稳定的张力控制效果，结构简洁，效果较好。但变频器需工作在闭环矢量控制方式，必须安装测速电机或编码器，以便对电机的转速做精确测量反馈。转矩的计算公式如下： T= （ F× D ） / （ 2× i ） 其中： T 变频器输出转矩指 令 F 张力设定指令 i 机械传动比 D 卷筒的卷径 电机的转矩被计算出来后， 用 来控制变频器的电流环， 这样就可以控制电机的输出转矩。 控制电机的输出转 矩。 控制电机的输出转矩 所以转矩计算非常重要。 这种控制多用在对张力精度
要求不高的场合， 在我鑫科公司就有广 泛的应用。如精带公司的脱脂机、气垫炉 的收卷控制中都采用了这中控制模式。 二、转矩模式下转矩模式下的张力开环控 制 张力闭环控制是在张力开环控制的基础上增加了张力反馈闭环调节。 通过张力 检测装置 反馈张力信号与张力设定值构成 PID 闭环调节，调整变频器输出转矩 指令，这样可以获得 更高的张力控制精度。其张力计算与开环控制相同。不论采 用张力开环模式还是闭环模式， 在系统加、减速的过程中，需要提供额外的转矩 用于克服整个系统的转动惯量。如果不加补 偿，将出现收卷过程加速时张力偏 小，减速时张力偏大，放卷过程加速时张力偏大，减速时 张力偏小的现象。 这种 控制模式多用在造纸、 纺织等卷取微张力控制的场合下。 在我公司尚无需这种控 制。 卷径计算 在所有的模式中都需要用到卷筒的卷径，
大家知道， 在生产过程 中开卷机的卷径是在不 断变小，卷取机的卷径在不断变大，也就是说转矩必须随着卷径的变化而变化，才能获得稳 定的张力控制。可见卷筒的卷径计算是多么地 重要。卷径的计算有两中途径：一种是通过外 部将计算好的卷径直接传送给变频 器，一般是在 PLC 中运算获得。另一种是变频器自己运 算获得， 矢量控制型变 频器都具有卷径计算功能， 在大多数的应用中都是通过变频器自己运 算获得。这 样可以减少 PLC 程序的复杂性和调试难度、降低成本。 变频器自己计算卷径的 方法有三种： 变频器自己计算卷径的方法有三种： 1 、 速度计算法： 、 速度计 算法：
变频器在卷染机恒张力恒线速度控制中应用方法
变频器在卷染机恒张力恒线速度控制中应用方法 一、前言卷染机适合目前市场对多品种小批量织物的染色需求，可间歇式生产，发展前景看好应用越来越广泛。卷染机控制方面要求具备自动记道、自动计数、自动换向、自动掉头、自动停车、防坠液等功能，在整个工艺过程中，要求保证布匹的张力和线速度恒定，因此对系统的自控控制水平要求较高。国内较为传统的卷染机大部分采用双直流电机控制，只能达到近似的恒张力控制效果，也有采用单变频器的卷染机，放卷采用异步电机直流制动的方式，收放卷用接触器在变频器和直流制动之间进行切换，以上这些方案，分析其原理，都是在较大误差情况下的一种近似结果，因此控制效果不尽如人意。进口的高档卷染机，有的采用伺服控制，有的是用价格昂贵的工程型变频器来实现，效果较为理想，但是对于国内的用户来说，成本压力很大。本文以一个工程实例来说明采用科创力源张力控制专用变频器精确并巧妙的完成卷染机的工艺要求。CLM158巨型卷染机技术指标：◆门幅：1800--3600mm；◆最大卷径：1500mm；◆车速：20--150m/min；◆最高温度：98℃；◆张力调整范围：300~1000N；图1是卷染机工作的示意图，这是一个典型的中心卷曲控制系统。未染色的布匹首先通过上布电机卷曲到其中的一个辊筒上，在辊筒的传动轴上安装有计数用的接近开关，此时控制系统计下整卷布的道次，上卷完毕，采用人工的方式把布匹的一头卷到另外一个辊筒上面，待包覆紧密即可正常开始工作。此时两个辊筒朝着同一个方向运转，控制的要求是保持布匹上的张力恒定，保持布匹在染液经过的时间一致，也就是线速度恒定。这是个没有线速度反馈的驱动系统，但线速度又实实在在的随着辊筒的半径的变化在变化。因此，控制系统需要适应这种独特的要求。科创力源CM60-T变频器为卷染机的高性能控制提供了理想的驱动平台。在各个卷染机厂家以及最终用户处的实际使用情况表明，采用CM60-T控制的卷染机，兼顾了控制性能和成本之间的要求，为该行业的产品升级换代提供了优秀的解决方案。下面结合用于平幅丝绸棉布尼龙人造及合成丝等织物的CLM158 巨型恒张力卷染机的工程实例说明CM60-T高性能矢量控制变频器在该行业的应用。二、采用张力控制专用变频器的卷染机电气系统卷染机的控制可以分为温度控制和传动控制两部分，本文重点描述的是关系到张力以及线速度控制的驱动部分控制。该卷染机的控制系统以西门子作为控制器，采用触摸屏作为人机界面，它们主要完成的是张力，线速度的设定，布的厚度的测量以及相关逻辑动作的控制。变频器和PLC之间采用485通讯。采用通讯方式的好处是可以随时知道变频器主要变量的信息，减少接线，使得整个系统看起来很精简。两台完全一样的变频器，它们均工作于闭环矢量控制模式，由于卷染机在接近满卷时候会较长时间工作在很低的频率下（1~3Hz）,采用较高线数的编码器有助于提高在低转速工况下的控制性能，同时考虑散热，需要采用变频专用电机。上布时刻，PLC记录下该布卷在辊筒上面的总圈数，然后由操作工测量该布卷的直径，把这个值输入到HMI，PLC根据直径和总圈数，可以精确计算出来单层布的厚度。采用这种方法获得布厚，误差很小。布厚通过485通讯传送到CM60-T张力控制变频器，作为控制的最基本参数。同时针对每种织物，染色所需要的张力以及染色速度，也在HMI上面设定好，然后通过PLC传递给变频器。CM60-T的功能十分强大，除了具有常规的惯量补偿，卷径计算，摩擦力补偿，锥度计算等张力控制功能之外，还有一个为了线缆、印包等行业收卷控制的自动换盘设计的功能：预驱动。该功能的作用是根据线速度和卷径的关系，自动计算出所匹配的角速度。利用这个功能，我们首先可以实现卷染机控制要求中的恒定线速度控制。其原理是：根据设定的线速度以及布匹的初始直径，布匹的厚度，我们可以得到一个匹配的电机旋转速度，当直径变化的时候，辊筒每旋转一圈，变频器会自动减去一层布的厚度，从而得到一个新的直径，通过这个新的直径，变频器又能够计算出所需要匹配的线速度，如此周而复始，可以确保布匹线速度的恒定。恒张力的控制，则是利用矢量控制变频器的转矩控制功能，实时的根据张力的设定值，锥度，补偿量以及卷轴直径计算出所需要的转矩，从而达到间接的
恒张力控制的几种方案比较
恒张力控制的几种方案比较 一、力矩电机及驱动控制器 1、性能：张力控制不稳定，线性不好。 2、经济性：设备简单，价格便宜，可正反转。 3、适用于张力精度要求不高的场合。如：电线、电缆。 二、磁粉制动器/磁粉离合器张力控制 1、电气省不了钱，机械也费钱，同样需要调速单元（如变频器、直流调速器）及张力控制仪。 2、精度差，线性不够好，控制的卷径变化范围不大，特别是在大负荷或高速时张力精度不够。 3、故障率高，维护费用高（要经常更换磁粉），磁粉制动器/磁粉离合器的可靠性差，发热严重功率大的还需水冷等。 4、性能：张力稳定性比力矩电机稍强，张力及速度可调。适用范围比力矩电机广。 三、舞蹈棍控制器 1、性能：张力控制平稳，有张力贮能功能、张力调节麻烦。 2、电气调速单元要求响应快，机械较复杂，局限于线材不适于片材。如：光纤，光缆。 四、直接张力闭环控制 1、性能：张力控制平稳，电气调速单元要求响应快，张力可视，系统容易振荡。 2、电气设备复杂，需要调速单元、张力控制仪及张力传感器，设备初投资大，价格贵。 3、性能价格比不高，不适用于大张力控制场合。 五、全新的间接张力控制系统 1、采用ABB全新的间接张力控制系统，不需要磁粉制动器/磁粉离合器，不需要张力控制仪及张力传感器，只需调速器（罐装卷曲软件）直接带动电机就可以实现恒张力控制。 2、内置卷径计算功能（可由给定速度信号与实际速度计算求得），卷径输出可视，具有静态补偿及加速补偿。 3、张力线性可调精度达到1%，速度线性可调精度达到0.1%, 方向可正反转, 卷径可达1.5米，速度可达500米/分，张力0~2000KG可调。 4、性能：优越的性能价格比，维护方便，调试较复杂，需要专业的调试工具及调试软件。适用于大部分张力控制场合。 中心卷曲原理 中心卷曲/开卷机的旋转力是加在卷曲或开卷机的卷筒上，当卷筒直径变化时，为了使材料的表面张力保持不变，必须保证转速与卷径成反比且转矩的变化与卷径成正比。 ABB的间接张力控制系统就是根据电机转矩的变化与卷材卷径成正比的原理来实现恒张力控制。它的优点：直接采用直流调速器控制直流电机就可以实现恒张力控制。 间接张力控制特性 1、点动模式及快速停车的线速度控制。 2、卷径计算功能。（可由给定速度信号与实际速度计算求得） 3、有开卷模式和收卷模式供选择。 4、改变给定线速度时加速度的力矩计算（即加速补偿）。 5、通过DI口实现卷曲方向的正转或反转选择。 6、静态补偿功能。（根据每一速度段转动惯量的不同，设定5个点组成补偿曲线。） 7、断带报警功能，系统急停时转换为速度模式有效地防止系统“飞车”。 8、通过DI口实现“加张力”及“卸张力”功能。
卷绕头恒张力控制系统
收稿日期：2012- 03-21。作者简介：吴国平（1967-），男，陕西咸阳人，高级工程师，硕士，从事计算机软件和自动化设备开发工作。 doi ：10．3969/j．issn．1008-8261．2012．03.017 卷绕头恒张力控制系统 吴国平1，魏丹彤2 ，徐 洁 1 （1.辽宁银珠化纺集团有限公司，辽宁营口115001；2.营口华方时代科技有限公司，辽宁营口115001） 摘要：主要介绍恒张力控制变频收卷系统的原理、卷绕过程中生产工艺的要求，以及控制系统调试中应注意问题。关键词：化纤；卷绕装置；恒张力控制系统中图分类号：TQ340．651；TP273．5 文献标识码：B 文章编号：1008- 8261（2012）03-0053-030前言 用变频器做恒张力控制的实质是闭环矢量控 制，即加编码器反馈。对收卷来说，收卷的卷径由小到大变化的，为了保证恒张力，所以要求电机的输出 转矩要由小到大变化。同时在不同的操作过程，要进行相应的转矩补偿。即小卷启动的瞬间、 加速、减速、停车。大卷启动时，要在不同卷径时进行不同的转矩补偿，这样就能使得收卷的整个过程很稳定，避免小卷时张力过大；大卷启动时松纱的现象。其实就是要求控制线速度恒定。 1 张力控制变频收卷的应用及工艺要求 1．1 传统收卷装置的弊端 纺织机械如：浆纱机、浆染联合机、并轴机等设 备都会有收卷的环节。传统的收卷都是采用机械传动，因为机械的同轴传动对于机械的磨损是非常严重的，据了解，用于同轴传动部分的机械平均寿命基本上是1年左右。而且经常要维护，维护的时候也是非常麻烦的，不仅浪费人力而且维护费用很高，给客户带来了很多的不便。尤其是纺织设备基本上是 开机后不允许中途停车的， 如发生意外情况需要停车会造成很大的浪费。在这种情况下，张力控制变 频收卷开始逐渐取代传统的机械传动系统。1．2 张力控制变频收卷的工艺要求 （1）在收卷的整个过程中都保持恒定的张力。 （2）在启动小卷时，不能因为张力过大而断纱；大卷启动时不能松纱。 （3）在加速、减速、停止的状态下也不能有上述情况出现。 （4）要求将张力量化，即能设定张力的大小，能 显示实际卷径的大小。 1．3张力控制变频收卷的优点 （1）张力设定在人机上设定，人性化的操作；（2）使用先进的控制算法：卷径的递归运算；空心卷径激活时张力的线性递加；张力锥度计算公式的应用；转矩补偿的动态调整等等。 （3）卷径的实时计算，精确度非常高，保证收卷电机输出转矩的平滑性能好。并且在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在操作失误的时候，能自己纠正卷径到正确的数值。 （4）因为收卷装置的转动惯量是很大的，卷径由小变大时，如果操作人员进行加速、减速、停车、再激活时很容易造成爆纱和松纱的现象，将直接影响 纱的品质。而进行了变频收卷的改造后， 在上述各种情况下，收卷都很稳定，张力始终恒定。而且经过PLC 的处理，在特定的动态过程，加入一些动态的调整措施，使得收卷的性能更好。 （5）在传统机械传动收卷的基础上改造成变频收卷，非常简便而且造价低，基本上不需对原有机械进行改造。改造周期短，基本上两三天就能安装调试完成。 （6）克服了机械收卷对机械磨损的弊端，延长机械的使用寿命，方便维护设备。 2 变频收卷的控制原理 2．1 控制原理 卷绕装置线缆的张力恒定是通过对线速度υ的控制来实现的。所以该卷绕装置变频控制系统以线速度υ作为直接的控制对象，通过闭环PI 控制使它保持恒定，从而达到线缆张力稳定的最终目的。该控制系统的原理如图1所示。 第25卷第3期2012-05 聚酯工业Polyester Industry Vol．25No．3May 2012
张力控制器原理
1.什么是张力控制：所谓的张力控制，通俗点讲就是要能控制电机输出多大的力，即输出多少牛顿。反应到电机轴即能控制电机的输出转距。 2.真正的张力控制不同于靠前后两个动力点的速度差形成张力的系统，靠速度差来调节张力的实质是对张力的PID控制，要加张力传感器。而且在大小卷启动、停止、加速、减速、停车时的调节不可能做到象真正的张力控制的效果，张力不是很稳定。肯定会影响生产出产品的质量。 用变频器做恒张力控制的实质是死循环矢量控制，即加编码器反馈。对收卷来说，收卷的卷经是由小到大变化的，为了保证恒张力，所以要求电机的输出转 距要由小到大变化。同时在不同的操作过程，要进行相应的转距补偿。即小卷启动的瞬间，加速，减速，停车，大卷启动时，要在不同卷经时进行不同的转距补偿， 这样就能使得收卷的整个过程很稳定，避免小卷时张力过大；大卷启动时松纱的现象。 二．张力控制变频收卷在纺织行业的应用及工艺要求 1．传统收卷装置的弊端 纺织机械如：浆纱机、浆染联合机、并轴机等设备都会有收卷的环节。传统的收卷都是采用机械传动，因为机械的同轴传动对于机械的磨损是非常严重的，据了解， 用于同轴传动部分的机械平均寿命基本上是一年左右。而且经常要维护，维护的时候也是非常麻烦的,不仅浪费人力而且维护费用很高,给客户带来了很多的不便。 尤其是纺织设备基本上是开机后不允许中途停车的，如发生意外情况需要停车会造成很大的浪费。在这种情况下，张力控制变频收卷开始逐渐取代传统的机械传动系 统。 2．张力控制变频收卷的工艺要求 * 在收卷的整个过程中都保持恒定的张力。张力的单位为：牛顿或公斤力。 * 在启动小卷时，不能因为张力过大而断纱；大卷启动时不能松纱。 * 在加速、减速、停止的状态下也不能有上述情况出现。 * 要求将张力量化，即能设定张力的大小（力的单位），能显示实际卷径的大小。 3．张力控制变频收卷的优点 * 张力设定在人机上设定，人性化的操作,单位为力的单位:牛顿. * 使用先进的控制算法:卷径的递归运算;空心卷径激活时张力的线性递加; 张力锥度计算公式的应用;转矩补偿的动态调整等等. * 卷径的实时计算，精确度非常高，保证收卷电机输出转矩的平滑性能好。并且 在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在操作失误的时候，能自己纠正卷径到正确的数值。 * 因为收卷装置的转动惯量是很大的，卷径由小变大时。如果操作人员进行加速、 减速、停车、再激活时很容易造成爆纱和松纱的现象，将直接导致纱的质量。 而进行了变频收卷的改造后，在上述各种情况下，收卷都很稳定，张力始终恒 定。而且经过PLC的处理，在特定的动态过程，加入一些动态的调整措施， 使得收卷的性能更好。 * 在传统机械传动收卷的基础上改造成变频收卷，非常简便而且造价低，基本 上不需对原有机械进行改造。改造周期小，基本上两三天就能安装调试完成。 * 克服了机械收卷对机械磨损的弊端，延长机械的使用寿命。方便维护设备。