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)生應力形變，導致收卷不整齊，這些情況都會造成紙張浪費，影響機器運轉效率，增加勞動強度，而最終影響紙張的質量。可以這樣說，張力控制系統(tǒng)是以卷材為材料的生產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)結構及原理，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。

關鍵詞：張力檢測;電阻應變力傳感器;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，將使卷繞的產品松馳，所以為了使產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來控制紙張卷料的過程。

2設計方案

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，假設使用的執(zhí)行結構是磁粉制動器（放卷側）和磁粉離合器（收卷側），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速度和全部工藝參數的設定。PID控制器可由PLC的內部模塊或者PID指令設定。變頻器（VFD）是應用變頻技術與微電子技術，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備，變頻調速電氣傳動調速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高，是一種理想的調速系統(tǒng)。

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

3設計內容

本文設計的張力控制系統(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定值相比較，二者之間的偏差經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：在生產過程中，當卷筒材料的牽引張力發(fā)生變化時，擺輥會做出相應的擺動量，此時高精度電位器間接測出牽引張力的變化，隨后將相應信號反饋到牽引輥驅動器，經PID調整后控制牽引輥的運轉速度，通過改變低摩擦氣缸的壓力來調整擺輥的擺動量，使其在設定的位置保持穩(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，與其預定值相比較，二者之間的偏差經PID運算后并輸出控制電壓到收卷電機驅動器，調整收卷電機的運轉速度，實現(xiàn)恒張力控制。在有些設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，根據實際經驗，錐度控制值小于10%為佳。

4結論

本文針對紙張卷料過程中最常見的張力過大或者或小導致紙張質量下降的問題，設計了一個張力控制系統(tǒng)來解決這個問題。本文設計的張力控制系統(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，調節(jié)能力和抗干擾能力。

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