一種紙張卷料張力控制系統(tǒng)

李昌澤　陳樂

摘要：在造紙、印刷等連續(xù)加工生產(chǎn)線中，通常都由放卷、收卷以及一系列中間機架、張力輥等組成。在這一系列的過程中，對于張力的控制是最為重要的。如果張力大小不合適，就會造成一系列工藝故障。如果張力過大，就會導(dǎo)致紙張發(fā)生拉伸變形;如果張力過小，則紙張層與層之間容易發(fā)生應(yīng)力形變，導(dǎo)致收卷不整齊，這些情況都會造成紙張浪費，影響機器運轉(zhuǎn)效率，增加勞動強度，而最終影響紙張的質(zhì)量?？梢赃@樣說，張力控制系統(tǒng)是以卷材為材料的生產(chǎn)機械上最重要的控制系統(tǒng)，所以為保證張力控制系統(tǒng)順利工作、維持卷料承受最佳張力，就要充分了解張力控制系統(tǒng)。本文介紹了張力控制系統(tǒng)的控制方式，張力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理，傳感器的選擇和誤差分析及解決，幫助大家更好的了解張力控制系統(tǒng)的原理。

關(guān)鍵詞：張力檢測;電阻應(yīng)變力傳感器;控制系統(tǒng);放卷

1紙張卷料張力控制系統(tǒng)概況

本文設(shè)計的張力控制系統(tǒng)主要由放卷張力控制系統(tǒng)、牽引張力控制系統(tǒng)和收卷張力控制系統(tǒng)三部分組成，通過張力傳感器、張力控制器、變頻控制器、磁粉制動器等元器件實現(xiàn)卷筒材料的恒張力控制。

在紙張生產(chǎn)過程的流程中，卷繞是最后一道工序，也是一個重要的工序。隨著產(chǎn)品的不斷卷繞，卷簡的直徑逐漸增大。而在這個過程中，要求時刻保持著一定的張力。因為張力過大，會造成產(chǎn)品厚薄不均，或是線徑發(fā)生變化;而張力過小，將使卷繞的產(chǎn)品松馳，所以為了使產(chǎn)品在收卷的過程中能夠保持恒定的線速度，就必須使用張力控制技術(shù)來控制紙張卷料的過程。

2設(shè)計方案

張力控制系統(tǒng)包括張力傳感器、張力控制器、變頻控制器、磁粉制動器，張力讀出器，在對張力控制系統(tǒng)進行設(shè)計的時候，不僅要具體場合具體分析，還要考慮性價比，如在本文中對于常用技術(shù)方案的對比分析中，相對于張力傳感器來說，兩個伺服電動機控制張力系統(tǒng)的精度更高，但是因為兩個伺服電動機控制張力系統(tǒng)價格更高，在對于紙張卷料張力控制系統(tǒng)這種大頻率的控制系統(tǒng)來說，運用張力傳感器來檢測張力性價比更高

在簡單的卷繞控制系統(tǒng)中，假設(shè)使用的執(zhí)行結(jié)構(gòu)是磁粉制動器（放卷側(cè)）和磁粉離合器（收卷側(cè)），只需手動改變接在線圈兩端的電壓，磁粉磁化程度發(fā)生變化，固定部件與運動部件之間的摩擦力發(fā)生變化，引起了運動部件的運動阻力變化，同時卷繞系統(tǒng)的材料張力就得到改變。

當(dāng)張力的精度要求高時，可通過張力傳感器、PID控制器、磁粉制動器（或磁粉離合器）等組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，或者是張力傳感器、PID控制器以及變頻器、電動機組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，另外還可在卷繞系統(tǒng)中加入觸摸屏用于全線生產(chǎn)速度和全部工藝參數(shù)的設(shè)定。PID控制器可由PLC的內(nèi)部模塊或者PID指令設(shè)定。變頻器（VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備，變頻調(diào)速電氣傳動調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高，是一種理想的調(diào)速系統(tǒng)。

伺服電機根據(jù)脈沖頻率變化產(chǎn)生相應(yīng)的動作變化，其響應(yīng)特性和抗過載能力雖然高于變頻器驅(qū)動的交流電機，精度相對要高。但是張力檢測系統(tǒng)線性好、響應(yīng)快以及檢測范圍寬，而且從成本來看，張力傳感器更適應(yīng)于大頻率控制系統(tǒng)，所以本文參用的是通過張力傳感器來檢測張力。

3設(shè)計內(nèi)容

本文設(shè)計的張力控制系統(tǒng)主要由放卷張力控制系統(tǒng)、牽引張力控制系統(tǒng)和收卷張力控制系統(tǒng)三部分組成。

放卷張力控制系統(tǒng)其工作原理為：張力傳感器檢測到放卷張力實際值并將其反饋給張力控制器，與張力控制器中的放卷張力預(yù)定值相比較，二者之間的偏差經(jīng)PID運算后并輸出控制電壓，對磁粉制動器作用在放卷軸上的阻力矩進行控制，從而達到調(diào)節(jié)放卷張力的目的。

牽引張力控制系統(tǒng)其工作原理為：在生產(chǎn)過程中，當(dāng)卷筒材料的牽引張力發(fā)生變化時，擺輥會做出相應(yīng)的擺動量，此時高精度電位器間接測出牽引張力的變化，隨后將相應(yīng)信號反饋到牽引輥驅(qū)動器，經(jīng)PID調(diào)整后控制牽引輥的運轉(zhuǎn)速度，通過改變低摩擦氣缸的壓力來調(diào)整擺輥的擺動量，使其在設(shè)定的位置保持穩(wěn)定，即實現(xiàn)牽引張力控制。

收卷張力控制系統(tǒng)通過張力傳感器來檢測收卷張力實際值，然后再反饋給收卷張力控制器，與其預(yù)定值相比較，二者之間的偏差經(jīng)PID運算后并輸出控制電壓到收卷電機驅(qū)動器，調(diào)整收卷電機的運轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)恒張力控制。在有些設(shè)備的收卷張力控制系統(tǒng)中，往往會加入錐度張力控制系統(tǒng)，其可使收卷過程中卷筒材料處于內(nèi)緊外松的狀態(tài)，從而使卷筒材料的層與層之間不發(fā)生打滑，提高后道工序的張力穩(wěn)定性，根據(jù)實際經(jīng)驗，錐度控制值小于10%為佳。

4結(jié)論

本文針對紙張卷料過程中最常見的張力過大或者或小導(dǎo)致紙張質(zhì)量下降的問題，設(shè)計了一個張力控制系統(tǒng)來解決這個問題。本文設(shè)計的張力控制系統(tǒng)方法只是其中一種思路，還有其他很多方法，但是無論運用什么方法去設(shè)計張力控制系統(tǒng)，都要使得張力控制系統(tǒng)具有良好的檢測能力，調(diào)節(jié)能力和抗干擾能力。

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