收卷张力变频器控制原理

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张力控制

收放卷工艺要求恒张力控制。

张力的给定通过张力控制器。

张力控制器控制的原理是通过检测收卷的线速度计算卷径，负载转距=F*D/2（F为设定张力，D为当前卷径），因此当设定了张力的大小，因为当前卷径通过计算已得知，所以负载转矩就可以算出来了。

张力控制器能够输出标准的0~10V的模拟量信号，对应异步电机的额定转矩。

所以我们用该模拟量信号接入变频器，选择转矩给定。

这样在整个收卷的动态过程中，能够保证张力的恒定。

在变频器转矩模式下，对速度进行限制。

在张力控制模式下，不论直流电机、交流电机还是伺服电机都要进行速度的限制，否则当电机产生的转距能够克服负载转矩而运行时，会产生转动加速度，而使转速不断的增加，最终升速到最高速，就是所谓的飞车。

如图2中所示，收放卷的速度是通过主轴B系列变频器的模拟量输出AFM而进行限定的。

也就是将主轴B系列的变频器上3-05（模拟信号输出选择）参数设定为03（频率指令输出）,如图3所示。

将该信号分别接到收放卷变频器的模拟量输入端口上，作为频率给定和上限频率的设定信号。

零速张力控制要求。

当收放卷以0Hz运行时，电机的输出轴上有一定的张力输出，且可调。

该要求主要是防止当收放卷运转当中停车，再启动时能够保证收放卷的盘头不会松掉。

在该控制系统中，可以通过调整张力控制器上的初始张力设定而达到要求。

2.3分条机恒张力原理设计1.恒张力控制的原理。

对于收放卷过程中恒张力控制的实质是需要知道负载在运行当中卷径的变化，因为卷径的变化，导致为了维持负载的运行，需要电机的输出转矩要跟随着卷径的变化而变化。

对与V系列变频器而言，因为能够做转矩控制，因此能够完成收卷恒张力的控制。

V系列变频器提供了三路模拟量输入端口，AUI、AVI、ACI。

这三路模拟量输入口能够定义为多种功能，因此，可以任选一路作为转矩给定，另外一路作为速度限制。

0~10V对应变频器输出0~电机额定转矩，这样通过调整0~10V的电压就能够完成恒张力的控制。

卷绕系统中收放卷张力控制方法研究

图２应用传感器张力径制系统框图
（２）
超声波测距示意图如图４所示：
张力传感器把检测到的张力转换为标准信号ＰＶ（Ｏ一５Ｖ）送入ＰＬＣ，ＰＬＣ（三菱的ＦＸ系列为例）
的ＰＩＤ控制指令如图３所示．
动控制系统中用作执行机构，可以控制转速，它把接收到的标准电压信号转换为电机轴上的角速度或角位移输出以驱动控制对象．伺服电机的主要特点是转速随着转矩的增加而匀速下降，信号电压为
零时无自转现象出现．伺服电动机进行张力控制
时，可以不使用张力传感器，只需获取电动机的转
其摄氏温度和输出电压成线性关系．假设超声波从
信号发射到接收的时间差为Ａｔ，发射点距离障碍物的距离定为Ｓ１，则
Ｓｌ＝（１）超声波发射点到卷径中心的距离为Ｊｓ，Ｉｓ恒定
不变，则料卷的卷轴直径Ｄ：
Ｄ＝２（Ｓ—Ｉｓ１）
１２２
佳木斯大学学报（自然科学版）
２０１５生
速／／，．假设在电动机和负载辊的减速电机，料带的线速度ｙ，伺服电动机转
速为ｎ，料卷的直径设为Ｄ，则可得出如下关系式：
ＩＸ０００
０
１
Ｈ卜一【ＰＩＤＤＯＤ１Ｄ１００Ｄ１５ｏｒＩ
图４超声波测距不惹图

张力控制原理介绍

第二章张力控制原理介绍 2．1 典型收卷张力控制示意图22．2 张力控制方案介绍对张力的控制有两个途径，一是可控制电机的输出转矩，二是控制电机转速，对应这两个途径，MD330设计了两种张力控制模式。

1、开环转矩控制模式开环是指没有张力反馈信号，变频器仅靠控制输出频率或转矩即可达到控制目的，与开环矢量或闭环矢量无关。

转矩控制模式是指变频器控制的是电机的转矩，而不是频率，输出频率是跟随材料的速度自动变化。

根据公式F=T/R（其中F为材料张力，T为收卷轴的扭矩，R为收卷的半径），可看出，如果能根据卷径的变化调整收卷轴的转矩，就可以控制材料上的张力，这就是开环转矩模式控制张力的根据，其可行性还有一个原因是材料上的张力只来源于收卷轴的转矩，收卷轴的转矩主要作用于材料上。

MD系列变频器在闭环矢量（有速度传感器矢量控制）下可以准确地控制电机输出转矩，使用这种控制模式，必须加装编码器（变频器要配PG卡）。

2、与开环转矩模式有关的功能模块：1）张力设定部分：用以设定张力，实际使用中张力的设定值应与所用材料、卷曲成型的要求等实际情况相对应，需由使用者设定。

张力锥度可以控制张力随卷径增加而递减，用于改善收卷成型的效果。

2）卷径计算部分：用于计算或获得卷径信息，如果用线速度计算卷径需用到线速度输入功能部分，如果用厚度累计计算卷径需用到厚度累计计算卷径相关参数功能部分。

3）转矩补偿部分：电机的输出转矩在加减速时有一部分要用来克服收（放）卷辊的转动惯量，变频器中关于惯量补偿部分可以通过适当的参数设置自动地根据加减速速率进行转矩补偿，使系统在加减速过程中仍获得稳定的张力。

摩3擦补偿可以克服系统阻力对张力产生的影响。

3、闭环速度控制模式闭环是指需要张力（位置）检测反馈信号构成闭环调节，速度控制模式是指变频器根据反馈信号调节输出频率，而达到控制目的，速度模式变频器可工作在无速度传感器矢量控制、有速度传感器矢量控制和V/F控制三种方式中的任何一种。

应用变频器中心卷绕功能精确控制张力

应用变频器中心卷绕功能精确控制张力文章链接：中国纺织服装机械网/news/Detail/9910.html纺织生产过程中的半成品或成品，如纱线、布匹需要卷绕在轴或辊上，例如：分批整经机将成片纱卷绕在经轴上；浆纱机和浆染联合机将成片浆过的纱卷绕在织轴上；卷染机和轧卷染色机将布卷绕在收放辊上。

这些设备在卷绕过程中都有一个共性问题，即需要恒张力控制，卷绕直径从最小直径到最大直径，要求纱和布的张力保持不变。

利用变频器或交流伺服的中心卷绕功能可以较好解决卷绕恒张力控制。

常见的卷绕方式有两种，即摩擦卷绕和中心卷绕。

摩擦卷绕的效果受摩擦辊的影响很大，如：分批整经机的经轴卷绕，传统的机构采用摩擦辊卷绕方式，由于摩擦传动易使纱线增加毛羽，影响产品质量，且不利于后道工序生产，特别是在升速和降速过程，影响会更大，也限制了整经机向高速发展。

所以新型的高速整经机多数采用中心卷绕方式。

浆纱机和染浆联合机的织轴卷绕，传统的机构采用机械式无级变速器（PIV）作为中心卷绕方式。

经过长期生产实践，PIV机械故障频繁，维修保养复杂，同时随着无梭织机的发展，要求织轴大卷装，PIV很难满足大卷装织轴恒张力卷绕的要求。

卷染机和轧卷染色机的织物卷绕，传统的卷绕机构较多采用直流电动机控制系统，作为中心卷绕方式，直流控制系统技术成熟，控制方便，能较好地满足生产要求。

但直流电动机有整流子和碳刷，需经常维护，特别在印染企业环境恶劣，直流电动机故障率高，企业不大欢迎。

自从变频器技术问世以来，人们考虑将变频调速技术应用到中心卷绕机构，可以发挥交流电动机固有的优点，结构简单、坚固耐用、经济可靠。

经过多年的实践证明，变频调速技术可以满足中心卷绕的要求，国内外的整经机、浆纱机、卷染机等同类设备已大量采用变频器中心卷绕技术。

在张力控制要求更高的场合，采用交流伺服中心卷绕技术。

经轴卷绕、织轴卷绕、布辊卷绕采用中心卷绕方式，当卷绕直径从小直径向大直径变化时（浆纱机织轴最小卷径为100mm，最大卷径为1000mm；卷染机卷布辊最小卷径为200mm，最大卷径为1500mm）为了使纱或布的表面张力保持不变，必须保证转速的变化与卷径成反比，转矩的变化与卷径成正比，若没有转矩补偿，随着卷径的增大，则纱或布的张力会逐渐减少。

张力控制原理教程

10本文从应用的角度阐述了当前技术条件下，矢量变频技术在卷取传动中运用和设计的方法和思路。

有较强的实用性和理论指导性。

关键词：张力变频矢量转矩卷径引言：在工业生产的很多行业，都要进行精确的张力控制，保持张力的恒定，以提高产品的质量。

诸如造纸、印刷印染、包装、电线电缆、光纤电缆、纺织、皮革、金属箔加工、纤维、橡胶、冶金等行业都被广泛应用。

在变频技术还没有成熟以前，通常采用直流控制，以获得良好的控制性能。

随着变频技术的日趋成熟，出现了矢量控制变频器、张力控制专用变频器等一些高性能的变频器。

其控制性能已能和直流控制性能相媲美。

由于交流电动机的结构、性价比、使用、维护等很多方面都优于直流电动机，矢量变频控制正在这些行业被越来越广泛的应用，有取代直流控制的趋势。

张力控制的目的就是保持线材或带材上的张力恒定，矢量控制变频器可以通过两种途径达到目的：一、通过控制电机的转速来实现；另一种是通过控制电机输出转矩来实现。

速度模式下的张力闭环控制速度模式下的张力闭环控制是通过调节电机转速达到张力恒定的。

首先由带（线）的线速度和卷筒的卷径实时计算出同步匹配频率指令，然后通过张力检测装置反馈的张力信号与张力设定值构成PID闭环，调整变频器的频率指令。

同步匹配频率指令的公式如下：F=（V×p×i）/（π×D）其中：F 变频器同步匹配频率指令V 材料线速度p 电机极对数（变频器根据电机参数自动获得）i 机械传动比D 卷筒的卷径变频器的品牌不同、设计者的用法不同，获得以上各变量的途径也不同，特别是材料的线速度（V）和卷筒的卷径（D），计算方法多种多样，在此不一一列举。

这种控制模式下要求变频器的PID调节性能要好，同步匹配频率指令要准确，这样系统更容易稳定，否则系统就会震荡、不稳定。

这种模式多用在拉丝机的连拉和轧机的连轧传动控制中。

若采用转矩控制模式，当材料的机械性能出现波动，就会出现拉丝困难，轧机轧不动等不正常情况。

收卷张力控制

收卷张力控制摘要：一：力矩电机，力矩控制器。

力矩电机是一种具有软件机械特性，和宽调速范围的特种电机。

并且以恒转矩输出。

二：变频电机，利用矢量型变频器做变频电机的转矩控制，使变频电机处于恒转矩输出。

具有速度反馈的控制方式其转矩控制的精度更高。

三：利用压力传感器，或者位置传感器来检测传动负载的张力，作为反馈信号通过PID过程控制的计算，使放卷与收卷保持相对应的速度来达到传动负载恒张力的控制。

放卷与收卷均采用变频器转速控制或者变频器PID控制。

以上三种都是收卷张力控制，在实际生产中各有优缺点，现将这三种电气控制的方法进行阐述和比较。

关键词：力矩电机，变频矢量转矩控制，过程PID控制，张力传感器。

正文：在纺织，电线电缆，金属制品加工，造纸，橡胶等行业中通常需要将产品卷绕在卷筒（铁盘，木盘）上。

卷绕的直径从始至末由小变大，为保持传动负载（被卷绕产品）张力均衡（机线速度不变）就要求卷筒的转速越越小，卷绕力越卷越大,。

产品绕卷时卷筒的直径逐渐增大（负载转矩增大）。

在整个过程中保持被卷产品的张力不变十分重要，若张力过大会将产品（如线材，纸制品）拉细或者断裂亦或者产品厚度，直径等不均匀工艺要求达不到要求。

而张力过小则可造成卷绕松弛不能保证产品的收卷。

为了使产品在卷绕过程中张力保持不变，必须在产品卷绕到卷盘上的盘径增大时驱动卷盘的电机的输出力矩也要增大，同时保持卷绕的线速度不变，那么电机的转速也要逐步减小。

需要达到上述要求的控制，在实际应用中通常采用力矩电机控制，变频电机转矩控制，以及张力传感器的PID调速控制。

现将这三种控制方法在实际应用中的优缺点进行比较，并且分析这三种控制方式在使用过程中的注意点。

第一力矩电机：力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机。

这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力,当负载增加时，电动机的转速能自动的随之降低，而输出力矩增加，保持与负载平衡。

力矩电机的堵转矩高，堵转电流小，能承受一定时间的堵转运行。

第二章张力控制原理介绍

1、开环转矩控制模式开环是指没有张力反馈信号，变频器仅靠控制输出频率或转矩即可达到控制目的，与开环矢量或闭环矢量无关。

转矩控制模式是指变频器控制的是电机的转矩，而不是频率，输出频率是跟随材料的速度自动变化。

MD系列变频器在闭环矢量（有速度传感器矢量控制）下可以准确地控制电机输出转矩，使用这种控制模式，必须加装编码器（变频器要配PG卡）。

张力锥度可以控制张力随卷径增加而递减，用于改善收卷成型的效果。

摩3擦补偿可以克服系统阻力对张力产生的影响。

张力控制原理介绍

1、开环转矩控制模式开环是指没有张力反馈信号，变频器仅靠控制输出频率或转矩即可达到控制目的，与开环矢量或闭环矢量无关。

转矩控制模式是指变频器控制的是电机的转矩，而不是频率，输出频率是跟随材料的速度自动变化。

MD系列变频器在闭环矢量（有速度传感器矢量控制）下可以准确地控制电机输出转矩，使用这种控制模式，必须加装编码器（变频器要配PG卡）。

张力锥度可以控制张力随卷径增加而递减，用于改善收卷成型的效果。

摩3擦补偿可以克服系统阻力对张力产生的影响。

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当前位置: 主页> 电工技术> 张力控制变频收卷的控制原理时间:2010-03-23来源:本站整理作者:电工之家一. 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2.1 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。

2.2 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。

张力的单位为：牛顿或公斤力。

（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（力的单位），能显示实际卷径的大小。

2.3 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，单位为力的单位：牛顿。

（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。

（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。

改造周期小，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。

图1 系统构成及系统框图三．变频收卷的控制原理及调试过程3.1 卷径的计算原理根据V1=V2来计算收卷的卷径。

因为V1=ω1*R1, V2=ω2*Rx。

因为在相同的时间内由测长辊走过的纱的长度与收卷收到的纱的长度是相等的。

即L1/Δt=L2/Δt，Δn1*C1=Δn2*C2/i(Δn1---单位时间内牵引电机运行的圈数、Δn2---单位时间内收卷电机运行的圈数、C1---测长辊的周长、C2---收卷盘头的周长、i---减速比) Δn1*π*D1=Δn2*π*D2/i D2=Δn1*D1*i/Δn2，因为Δn2=ΔP2/P2(ΔP2---收卷编码器产生的脉冲数、P2---收卷编码器的线数)。

Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1，即测长辊转一圈，由霍尔开关产生一个信号接到PLC。

那么D2=D1*i*P2/ΔP2，这样收卷盘头的卷径就得到了。

3.2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地滑动摩擦转矩，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。

总结: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。

3.3转矩的补偿标准（1）静摩擦转矩的补偿因为静摩擦转矩只在激活的瞬间存在，在系统激活后就消失了。

因此静摩擦转矩的补偿是以计算后电机输出转矩乘以一定的百分比进行补偿。

（2）滑动摩擦转矩的补偿滑动摩擦转矩的补偿在系统运行的整个过程中都是起作用的。

补偿的大小以收卷电机的额定转矩为标准。

补偿量的大小与运行的速度有关系。

所以在程序中处理时，要分段进行补偿。

（4）加减速、停车转矩的补偿补偿硬一收卷电机的额定转矩为标准，相应的补偿系数应该比较稳定，变化不大。

3.4计算当中的公式计算(1) 已知空芯卷径Dmin=200mm,Dmax=1200mm；线速度的最大值Vmax=90m/min,张力设定最大值Fmax=50kg(约等于500 牛顿)；减速比i=9；速度的限制如下:因为:V=π*D*n/i(对于收卷电机)=>收卷电机在空芯卷径时的转速是最快的。

所以:90=3.14*0.2*n/9=>n=1290r/min；(2)因为我们知道变频器工作在低频时,交流异步电机的特性不好,激活转矩低而且非线性。

因此在收卷的整个过程中要尽量避免收卷电机工作在2HZ以下。

因此:收卷电机有个最低速度的限制。

计算如下:对于四极电机而言其同步转速为:n1=60f1/p=>n1=1500r/min。

=>2HZ/5HZ=N/1500=>n=60r/min。

当达到最大卷径时,可以求出收卷整个过程中运行的最低速。

V=π*D*n/i=>Vmin=3.14*1。

2*60/9=25.12m/min。

张力控制时,要对速度进行限制,否则会出现飞车。

因此要限速。

(3)张力及转矩的计算如下:如果F*D/2=T/I=>F=2*T*i/D对于22KW的交流电机,其额定转矩的计算如下:T=9550*P/n=>T=140N。

m。

所以Fmax=2*140*9/0.6=4200N。

(其中P为额定功率,n为额定转速)。

(责任编辑：电工网)共2页: 上一页12下一页------分隔线---------------------------- 上一篇：OMRON AD003模块模拟量模块设置方法下一篇：欧姆龙PLC应用经验点滴--关于通讯问题相关文章：变频器基频设置参数的概念欧姆龙PLC应用经验点滴--关于通讯问题张力控制变频收卷的控制原理OMRON AD003模块模拟量模块设置方法ABB AC800模块故障与排除PLC输出接点故障及排除S7-200驱动步进电机心得西门子PLC常见问题解答变频器参数设置用三菱PLC-FX2N与F940设计一个带PID控制的恒压供水系统广告链接推荐内容常用电工仪表知识问答l 各种仪表的精密度代表什么意思？答：代表该仪表的最大误差的百分数。

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对收卷来说，收卷到大变化的，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，避免小卷大卷启动时松纱的现象。

张力控制变频收卷在纺织行业的应用及工艺要求传统收卷装置的弊端机械如：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，用于同轴传动均寿命基本上是一年左右。