张力控制（共12篇）
张力控制 篇1
0 引言
冷轧处理线中,冷轧钢卷工艺流程一般是开卷、工艺段处理,最后再卷成钢卷。在整个过程中,带钢从机组一处运行到另一处时需保持一定的稳定张力才能顺利通过生产线。
实现张力控制的方法可分为转矩变量调节和速度变量调节。前者通过控制电机的输出转矩来间接控制负载的张力。后者通过把附加速度强加于两个通过带钢相连的传动点(组)中的一个,使之产生速度给定偏差,即让一个传动点的速度给定大于另一个,由于速度给定不同,因此运行时相应传动点的速度调节器就会按照各自给定的速度值进行调节,两点间的带钢就有互相拉拽的趋势,产生两点间的带钢张力。本文所描述的张力控制就是通过速度变量调节实现的。
1 通过速度变量调节张力的张力控制分析
通过速度变量调节张力的张力控制图如图1所示。张力控制的核心是张力调节器,它输出技术速度VTech。同时,张力控制产生技术张力TTech,它等于张力设定值减去相邻张力段的张力设定值。TTech通过计算转换成TQADD,PRE,然后加上摩擦补偿和转动惯量补偿叠加到传动装置的速度调节器之后。这种控制方法可平稳地渡过控制的过渡阶段。
1.1 控制的优点
通过速度变量调节张力的张力控制有以下优点。
(1)在无法精确地获得包角损失和摩擦转矩的情况下,张力测量装置可通过补偿消除这些不利因素的影响。
(2)通过调节器产生VTech,可很好地消除相邻段张力的影响,而通过转矩变量调节张力的效果较差。
(3)带有张力检测元件的直接张力控制可获得非常高的控制精度。
1.2 控制的缺点
通过速度变量调节张力的张力控制有以下缺点。
(1)该张力控制需要张力检测元件,故比不需要张力检测元件的通过转矩变量调节张力的张力控制工程成本高。
(2)由于该张力控制需要张力检测元件参与控制,因此为了保证检测元件测量精确,需要经常对张力检测元件进行校准(标定)。
(3)如果张力检测元件出现故障,且在张力控制的软件中又没有张力检测值的切换处理(通常可切换到通过电机电流计算出的张力或第二个张力检测元件检测值),那么机组的正常生产将受到严重影响。
(4)在本张力控制的张力段中,只有张力检测元件处的张力是准确可控的,在其它地方,张力会随着摩擦力和包角导致的张力损失而不同。这在工程实践中需充分考虑和进行适当的处理。
1.3 原理分析
胡克定律:
σ=ε×E
式中,σ为屈服力,N/m2;ε为变形量,%;E为杨氏模量,N/m2,钢(20℃)为2×1011 N/m2,钢(800℃)为7×1010 N/m2,铝(20℃)为7×1010 N/m2。
在极限情况下,有:
σRE=εLIM×E
式中,σRE为临界屈服力,N/m2,多数钢种的临界屈服力为150～450N/mm2;εLIM为在不产生永久变形情况下的变形量,%。
带钢张力与形变曲线如图2所示。只要带钢的张力小于带钢的临界屈服力,带钢张力和变形量便呈线性关系。其关系可表达为:
或
从物理学可知带钢的变形量(延伸率)也可表达为:
式中,VTcch为技术速度;VL为线速度。
通过式(1)、式(2)可得:
即:
由式(3)可知,技术速度和张力设定值呈线性关系。
通过以上分析可知技术速度可以实现控制,但实际计算得到的技术速度值很小。如:TSET为30kN,截面积为1 000mm2,VL为4m/s,E为200.000N/mm2时,计算得技术速度为0.000 6m/s。
1.4 控制功能描述
1.4.1 数据传送
处理线的基础自动化控制系统一般由PLC和HMI构成。由于处理线工艺复杂导致PLC程序架构较庞大,因此为了减轻PLC的单个CPU负荷,一般把程序按功能分配到多个CPU中去完成。实现带钢传送的程序一般分为线协调(LCO)和速度斜坡发生器(MRG)两部分,而张力控制(TCON)属于速度斜坡发生器部分,因此张力控制和线协调有大量数据要交换。通常,线协调发给张力控制的数据是与张力相关的控制字和张力设定值,而张力控制接收到数据后便进行相应的张力调节,并将相关的状态字和结果值发回线协调。
1.4.2 张力设定
从线协调传来的张力设定有绝对张力和相对张力两种,由控制字的一位信号来区分。
若为相对张力,则张力控制的设定值为:
若为绝对张力,则张力控制的设定值为:
张力控制的设定值设定逻辑如图3所示。
1.4.3 张力给定斜坡发生器
为保证调节过程的平滑性,在张力投入时要求张力按一定的斜坡递增,而在撤掉或减小张力时则要求张力按一定的斜坡递减。这个过程由张力给定斜坡发生器实现,同时为了保证生产安全,该发生器还需具有最大值、最小值限幅功能。张力给定斜坡发生器工作原理如图4所示。
1.4.4 张力实际值采集
张力控制过程中,张力实际值既可直接来自张力检测元件,也可通过执行电机的电流计算得到。该张力控制设计了4种张力实际值采集源,也预留了仿真通道。所有采集到的张力实际值都要经过一个一阶滤波器环节。张力实际值采集控制框图(部分)如图5所示。
1.4.5 相邻区域张力设定处理
理想情况下,张力段和张力段间的张力是互不影响的,但工程实践中却往往互相影响。如,碳钢连退机组工业中,工业炉分为多个张力段,而各张力段间又没有有效的设备将其隔开,因此导致各段张力间互相影响。为此,提出了相邻区域张力设定处理方法,即将本张力段张力设定值减去相邻段的张力设定值得到的差值通过适配处理产生TQTech,再加上摩擦和转动惯量的补偿附加到传动的速度调节器之后形成预控,同时进行张力级联。
张力级联是将多个互相影响的张力段的张力调节器输出叠加到本张力调节器的输出,因此,通常将需叠加的张力调节器的输出进行系数化,即给输出乘上一个系数。张力级联的叠加控制框图如图6所示。
1.4.6 张力初始投入
带钢从无张力状态到有张力控制状态时,一般要求张力不能变化太快,而是渐进地增加的。虽然在张力给定后有斜坡发生器来缓解张力的梯度变化,但张力的变化有时仍不能满足要求。为此通过速度变量调节张力的张力控制设置了一个张力控制的启动环节:张力投入最初时刻,设置一个VTech,Start值,一旦带钢绷紧便取消该值,投入正常张力设定值进行正常的张力控制。张力初始值投入的控制图如图7所示。
1.4.7 张力调节器
一旦张力控制投入,张力调节器便被激活,使张力实际值在张力设定值附近小幅波动,直至设定值。张力调节器的核心是一个PI调节器,为了使调节更加精确,设置了比例常数KP、积分常数Tn可随某变量作线性调整的通道。当比例常数KP、积分常数Tn与某变量存在一定线性关系时可切换到该通道,否则可不用切换便直接设置比例常数和积分常数。张力调节器的最大值限幅(HiLim)和有最小值限幅(LoLim)输出的设置仍采用类似设置比例常数KP和积分常数T1可调整通道的方法。本张力调节器核心虽然是一个PI调节器,但它也可通过Enabe_P_Action(激活P调节)和Enabe_I_Action(激活I调节)参数设置变成一个单纯的P调节器或I调节器。张力调节器的控制框图如图8所示。
2 速度变量调节张力的张力控制应用范围
通过速度变量调节张力的张力控制有以下应用范围。
(1)工业炉段的张力一般分为多段,且每段的张力互相影响,同时控制精度要求较高,因此工业炉段的张力控制使用该张力控制较合适。
(2)很难通过计算获得张力实际值的(如处理线的活套,由于转动惯量、摩擦、包角导致的张力损失难以计算,因此很难算出张力实际值)适合采用该张力调节。
3 结束语
在冷轧处理线中,通过速度变量调节张力的张力控制已应用于武钢三冷轧碳钢连退机组和热镀锌机组,取得满意的效果。
参考文献
[1]周国盈.带钢卷取设备[M].北京:冶金工业出版社,1982
[2]孙一康.带钢冷连轧计算机控制[M].北京:冶金工业出版社,2002
张力控制 篇2
综合实践课上，老师为我们每个小组准备了一盆水、两张纸巾、两枚回旋针和一个硬币。首先，老师让我们轻轻地将回旋针放入水中，我探着脑袋小心翼翼地把回旋针放入水中，老师问：“你们的回旋针漂起来了吗?”同学们有的说“我的沉下去了”，有的泄气地说“我的失败了”，有的同学焦急了地说过“怎么漂不起来呢?”……
老师淡定地说：“请同学们将回旋针放在纸巾上一并放入水中试试”。我们将回旋针和纸轻轻地放入水中，纸巾慢慢湿透往下沉，为了让纸巾更快下沉，我们用滴管将纸向下按，待纸巾沉入水底，发现了神奇的现象-----回旋针调皮地飘在了水面上，我们仔细观察发现，回旋针平稳地躺在水面上，在水面上形成线条柔和的小凹槽，而且看着老师神秘的表情，我们更加好奇了。
接着，老师让我们拿出硬币，用滴管往硬币上滴水，我们一滴、两滴、三滴……直到硬币上的小水滴变成水滴小胖子，它像晶莹的琥珀，随着桌子的抖动它又像淘气的小朋友轻轻地跳着舞蹈，好像在问我们：“嗨，你们知道为什么我的肚皮挺这么鼓不破裂吗?”我不由自主地将头贴在桌面上盯着，转着眼珠想，为什么水珠看起来像一颗有弹力的球，为什么水不会溜到硬币外，我要滴多少水，水会溢出硬币的表面呢?疑问像七彩的泡泡一样冒出了一串串…… 见证奇迹的时刻到了，老师说其魔力是水的表面有一股收缩、拉紧的力，让水面形成一层“薄膜”，它会托住物体跳跳，它就是水的表面张力，我们恍然大悟，原来是水的表面有张力!
涂布机张力的检测与控制 篇3
包装印刷用涂布机主要由放料单元、储料单元、涂布单元、复合单元以及收料单元等部分组成（如图1所示）。其张力控制系统包括放料单元、放料储料架、涂胶单元、收料储料架和收料部。操作人员必须了解涂布机张力检测的原理、清楚涂布过程中保持张力稳定的方法，才能确保涂布过程的稳定和精确。笔者结合多年的工作经验，以陕西北人高端涂布机Y299D为例，对涂布机张力检测与控制系统进行简单分析，与同行共享。
涂布机的张力检测
涂布机张力检测机通过摆辊和电位器来实现张力的检测，摆辊和电位器通过齿轮来连接。定义电位器各个端头的线号分别为P+、U、P-和PG。其中，规定电位器P+和PG之间的电压为+10V，P-和PG之间的电压为-10V。当张力设定值和张力反馈值相同时，U和PG之间的电压为0V；当张力值发生变化时，即摆辊发生摆动，U和PG之间的电压也会随之变化，从而达到张力检测的目的，有效控制张力稳定。
放料单元的张力控制
涂布机一般设置两个放料单元，Y299D中第一放料单元为被动放料。被动放料系统由磁粉、张力控制器和张力检测传感器构成。第一放料单元的技术已经非常成熟，从放料单元到放料储料单元，张力可始终保持稳定。
第二放料单元为主动放料。在放料过程中，由于放卷卷径不断减小，所以放料摆辊会不断参与张力的控制，这一过程主要由PLC和PID控制器来实现。其中，PLC控制器可计算放卷卷径，并控制相应的电机不断加速，以保持张力稳定；PID控制器则在放料摆辊位置发生偏移时，根据采集的偏差信号，通过计算实现放料电机转速的微调，保证张力稳定。
放料储料架及放料过程的张力控制
放料储料架可实现放料时的零速接料。由于涂布基材的成本比较高，要求的张力较大，且涂布工艺比较特殊，采用普通搭接法无法满足生产要求，因此涂布机的放料储料架与其他设备较为不同。
在正常情况下，放料储料架应储满基材，以节省放料辊的换料时间。因此，在设备启动前应先检查放料储料架的状态，保证放料储料架储满基材，为放料做好准备。
当放料单元需要换料时，按下接料按钮，放料储料架电机开始加速，放料牵引电机开始减速。在这个过程中，放料牵引摆辊控制放料牵引电机，放料储料架电机跟随主机速度，当放料储料架的速度与主机速度相同时，放料牵引电机的速度降为零。此时，放料牵引摆辊由原本控制放料牵引电机切换为控制放料储料架电机，从而保证放料张力稳定，顺利进行零速接料。
完成放料工作后，按下接料完成按钮，放料储料架电机开始减速，放料牵引电机开始加速，同时放料牵引摆辊开始控制放料牵引电机，当放料储料架电机速度减为零时，放料牵引电机速度与主机速度相同。随后，放料储料架开始以零速上升储料，直到升至设定速度。此时，放料牵引电机的速度为主机速度加上放料储料架的上升速度，以满足该过程的张力稳定。当储料完成后，放料储料架电机开始匀速减速，直至速度为零。放料牵引电机也开始减速，并在放料储料架电机降为零时，降至与主机相同的速度。
上述为一个完整的放料过程，在这个过程中，张力从放料牵引到涂胶单元始终保持稳定，满足了涂布工艺的要求，实现了张力的时时稳定控制。
涂胶单元的张力控制
涂胶辊的周长固定不变，所以涂胶辊电机的转速为主机速度加上摆辊的调节速度。安川H1000变频器内部的PID控制器可满足涂胶单元到复合单元之间的张力微调控制。
收料储料架及收料过程的张力控制
涂布机工艺多样，要求收料时预驱轴处于静止状态，因此，涂布机应具备收料储料架机构。在设备启动前，应先检查收料储料架的位置，调整储料架使其以一定速度自动下降至储料机构下端，准备好接料。
当收料轴需要换料时，按下接料按钮，收料储料架从零开始加速，同时，收料牵引和收料当前轴开始减速。在此过程中，收料牵引摆辊控制收料牵引电机，收料储料架电机跟随主机速度，当收料储料架电机的速度与主机速度相同时，收料牵引和收料当前轴的速度减为零。此时，收料牵引摆辊由原本控制收料牵引电机切换为控制储料架电机，从而保证收料张力稳定。随后，收料刀架进行相应的动作，完成收料工作。
收料动作完成，收料大臂落下后，收料储料架电机开始减速，收料牵引和收料当前轴开始加速。在这个过程中，收料牵引摆辊控制收料牵引电机，当收料储料架电机速度减为零时，收料牵引电机和收料当前轴速度与主机速度相同。然后，收料储料架以零速向下加速，直到加速至设定速度。此时，收料牵引电机和收料当前轴的速度为主机速度加上收料储料架的下降速度，以满足复合单元到收料储料架、收料储料架到收料单元的张力稳定。当收料储料架下降至减速标志后，开始匀速减速，直至速度为零。收料牵引和收料当前轴也开始减速，并在收料储料架速度降为零时，速度降至与主机相同的速度。
上述是一次完整的收料过程，在这个过程中，张力从复合单元到收料牵引、从收料牵引到收料当前轴始终保持稳定。
张力控制 篇4
通过对某机组长时间的厚度偏差规律的摸索和大量数据的分析, 发现厚度偏差主要出现在以下两个过程中, 这就为问题的定性提供了一个基本的方向。首先是轧机起停车阶段, 轧机的起停车情况主要发生在轧机换辊和发生事故时的非计划停车。由于机组当时处于调试阶段, 设备故障率比较高, 轧机起停车的次数和频率比较高, 在生产过程中, 通过轧机出口测厚仪监控发现, 在轧机停车后再次启车时, 成品厚度波动比较大, 当成品厚度小于1 mm时, 厚度偏差范围在±80 um;当成品厚度大于1 mm小于1.5 mm时, 厚度偏差范围在±120 um;当成品厚度大于1.5 mm时, 厚度偏差范围在±150 um;其次是轧机加减速阶段。轧机的加减速主要包括轧机过焊缝时的升降速和酸洗段出现异常情况降速时, 轧机随之降速。在生产过程中观察发现, 在轧机加减速阶段, 轧机出口成品带钢的厚度波动也比较大, 当成品厚度小于1 mm时, 厚度偏差范围在±10 um;当成品厚度大于1 mm小于1.5 mm时, 厚度偏差范围在±14 um;当成品厚度大于1.5 mm时, 厚度偏差范围在±20 um;虽然在轧机加减速阶段, 厚度波动没有超出公差允许范围, 但是对于通板目标厚度命中率, 特别是对焊丝钢等对厚度精度要求比较高的板材影响比较大, 对产品厚度精度控制有很大影响。
通过以上数据摸索与总结, 轧机厚度控制和张力控制是解决厚度波动的突破口。现阶段此类轧机通用的厚度控制方法就是AGC液压辊缝控制以及精确的带钢张力控制。而经典的AGC控制包括监控AGC、前馈A G C以及秒流量A G C。监控A G C是利用轧机某一机架后设置的测厚仪测量得到的厚度数据与目标厚度进行对比, 得到的偏差用于计算轧机辊缝的补偿量, 以达到减小厚度偏差, 保证厚度精度, 这种方式属于反馈调节方式;前馈AGC是利用轧机某一机架前设置的测厚仪测量得到的厚度数据与目标厚度进行对比, 提前计算出本机架的辊缝补偿量, 已达到纠正厚度偏差的目的, 这种方法属于预防调节方式, 能够预先对厚度进行调节;秒流量AGC则是根据轧机前后带钢金属体积不变原理, 在不考虑带钢宽度的微小变化的前提下, 利用带钢在轧机前后速度反馈和厚度的反馈数据实时对机架辊缝进行补偿调节, 以实现本机架带钢厚度的精确控制。而轧机另外一项重要的控制功能就是带钢张力控制, 带钢的连续生产以及精确的厚度的控制都离不开机架间精确的张力控制, 而机架间的张力控制是通过调节轧机运行速度和轧机辊缝实现的, 精确的轧机速度调节和辊缝调节是保证张力稳定的基础。
为消除轧机产生的带钢厚度偏差, 通过对轧机控制系统中影响到带钢厚度控制的主要因素包括AGC自动厚度控制系统和TLC张力控制系统的分析和总结, 发现张力控制中的速度控制存在调节过快不稳定的现象, 同时速度补偿值会出现非正常的积累现象。可以通过对控制系统采取以下措施达到对张力控制的优化。
(1) 张力控制主要是速度控制和辊缝控制, 本机组通过数据分析发现个别机架速度调解过程中存在跟随不同步现象, 导致张力调节不稳, 此现象可通过调整轧机主传动速度环比例系数, 使各机架的响应速度和响应时间能够同步, 从而消除由于个别机架调节过快或者过慢导致的速度不匹配现象。
(2) 二、三、四机架TLC控制中增加了补偿清除功能。TLC张力控制中的TLC (S) 速度控制只在低速过程中使用, 当提速到设定值以上后会转换为TLC (G) 控制, 但原程序中当TLC (S) 速度转换为TLC (G) 辊缝控制后, TLC (S) 速度控制中的速度补偿值会被锁定到系统当中, 不被清除, 这时就会影响到TLC (G) 辊缝控制。现将程序中加了一个TLC (G) 辊缝控制连锁, 即当TLC (S) 速度转换为TLC (G) 辊缝控制后就将原速度补偿值清除, 而这个补偿值的清除是经过一个斜坡功能完成的, 并不是突然就将补偿值消除, 这就减小了参数切换过程中对系统的冲击性。经过本程序的完善和修改, 以及主传动的系数的修改, 现四、五机架间的张力反馈有了很大的改善。
通过完成以上的控制系统优化工作, 成品带钢的厚度控制精度得到了很大的提高, 极大的降低了厚度超差现象。
冷轧轧机的厚度控制属于高精度控制, 影响控制稳定的因素也很多, 除了上述所述的张力和速度因素外, 轧辊的粗糙度、硬度、温度、乳化液的浓度、温度还有设备的安装精度和轧制线等因素都是影响到厚度控制的因素, 当出现厚度控制不稳定的情况时, 要对多方面影响因素进行分析, 并对大量数据进行积累处理才有可能真正找到问题所在, 而往往找问题都是一个艰苦分析和不断验证的过程, 一项一项的排除各种影响因素才能最终确认问题原因, 并对症下药。
摘要：在冷轧产线中带钢厚度偏差是轧机厚度控制面临的一个主要问题, 是影响产品质量的重要因素, 而根据经验发现厚度偏差主要表现在带头带尾以及轧机提速和降速过程中。通过长时间对厚度偏差规律的摸索和总结, 重点要对轧机的速度控制和张力控制进行优化, 从而使带钢的厚度偏差问题得到很好的解决。
关键词：厚度偏差,张力控制,速度控制
参考文献
[1]孙一康.带钢冷连轧计算机控制[M].冶金工业出版社, 2002.
[2]孙一康, 童朝南, 彭开香.冷轧生产自动化技术[M].冶金工业出版社, 2006.
水的张力作文 篇5
一上课，老师先让一位同学打了满满一杯水，那位同学小心翼翼地把水端了进来。之后，又叫另一位同学打了半杯水。老师把那杯很满的水又续上一些新水，使整个杯子都装满水，就这样，这节课的实验才刚刚开始。
老师慢慢地把包提出来，从里面掏出一些硬币，然后对大家说：“这节课，我们做一个实验，我把硬币放进去，看看水会怎么样?”“当然会溢出来!”“我觉得得放5个硬币水才会溢出来!”“应该是放7个吧!”大家议论纷纷。不一会儿，老师把第一枚硬币放了进去，水并没有什么反应，教室里鸦雀无声，坐在一旁的同学们仿佛连气都不敢出了，生怕呼一口气会把水溢出来。
第二个、三个硬币放进去了，水面升高了成凸形可水一点儿也没变，但当放入第五个时，大家发现水面象吹气球一样很神奇，鼓出一个弧形，本来平静的水面好像被什么顶起来似的。硬币越来越多，6枚、7枚、8枚，水面越来越鼓，我们也越来期待，水到底什么时候溢出来呀?
第9枚、第10枚、第11枚，居然11枚都没有溢出来，我们十分惊讶，但当第12枚放进去时，从杯子侧面滴出许多滴小水珠。
原来是12枚硬币才能让一杯水溢出，可是大家又有疑惑了，这是什么原理呀?翻来覆去，想了半天，大家才恍然大悟，哦!原来是水的张力呀!普普通通的水，竟然有这种奇异的现象。
无溶剂复合张力控制的方式与选择 篇6
张力控制的基本方式
无溶剂复合的张力值可通过张力检测器进行实时检测和控制，较常见有气缸控制摆辊式张力传感器和轴承式张力传感器，可根据不同场合及控制要求进行适当选择。
1.气缸控制摆辊式张力传感器
气缸控制摆辊式张力传感器的工作原理是利用电位器检测当前浮辊的位置，并与标准设定位置进行比较，如果张力出现浮动，张力传感器就会得到张力偏差信号，随后发出信号通过气缸来对浮辊位置进行适当调节，直至浮辊回到标准设定位置，即表明张力达到稳定状态。
无溶剂复合过程中，张力的变化主要与膜卷的线速度和卷径大小相关。当张力平衡时，浮辊上的拉力等于其垂直方向上的分力和气缸的推力之和，浮辊处于中间的平衡位置。但当膜卷的卷径或线速度发生变化时，就会导致浮动辊偏离平衡位置，同时带动变位器旋转，使反馈信号偏离原平衡点电压值。该信号与给定电压信号之间有偏差，传感器经过一定算法进行运算后，进而调整电机速度，使膜卷的张力恢复到标准给定值，浮辊便会回到原来的平衡位置。
可见，气缸控制摆辊式张力控制系统工作时是一个不断调整的动态过程，机械摩擦阻力对张力信号检测精度有很大影响。从以上分析可看出，减轻摆辊装置的自重、减小机械摩擦阻力是提高张力信号检测精度的关键。
2.轴承式张力传感器
轴承式张力传感器是通过高精度差动变压器检测出由负载造成的弹簧片形变量，差动变压器将这种形变量转换为与之成比例的电信号并反馈给控制器，通过改变电机转速来保持张力的稳定。
张力控制系统的应用及收卷张力方式的选择
单工位无溶剂复合设备的张力一般分为四段，即第一放卷张力、第二放卷张力、通道张力和收卷张力。在卷径和生产速度的变化过程中，无溶剂复合张力有恒张力要求，在保证复合质量的基础上，对提高收卷质量也具有极其重要的作用。
单工位无溶剂复合设备由于存在频繁开机、停机、加速、减速等操作，因此保证张力的稳定和收卷的整齐度至关重要。
浮辊具有吸收动能的作用，在张力要求恒定的第一放卷张力、第二放卷张力、通道张力控制中采用气缸（低摩擦气缸）控制摆辊式张力控制形式能很好地保证无溶剂复合设备在加速、减速过程中的张力稳定，将张力波动引起的薄膜拉伸及松弛现象降到最低程度。如果第一放卷张力、第二放卷张力、通道张力采用轴承式张力传感器的控制形式，则要求第一放卷单元电机、第二放卷单元电机、涂布电机、复合电机的转速完全同步，才能保证加减速时张力的稳定。
另外，导辊转动灵活性是保证无溶剂复合设备加减速过程中张力稳定的重要因素。正常情况下，导辊的转动只有同步于薄膜的移动，才不会将薄膜表面的油墨刮花。这就要求薄膜与导辊表面的静摩擦力大于导辊转动的阻力，所以导辊必须转动灵活，可以选择重量轻、低摩擦轴承、装配精度高的导辊。判断导辊是否转动灵活的方法是，可用手轻轻拨动导辊，观察其停止转动所需时间，一般要求不低于15秒。
无溶剂复合设备的放卷张力及通道张力均是恒张力要求，收卷张力控制体系主要包括收卷张力、收卷方式和锥度。其中，收卷方式有直线收卷、双曲线收卷和抛物线收卷3种。
无溶剂胶黏剂的特点是100%固含量、低黏度以及初黏力较低，如果复合内层膜是易拉伸薄膜（如PE膜或CPP膜等）时，尽量使用双曲线收卷方式进行收卷，收大卷时，卷径内部收卷较松，复合膜不会产生褶皱；卷径表面收卷较紧，表层不会出现气泡。
另外，收卷压力也可起到辅助收卷的作用，将薄膜间的空气排出（有的兼有消除静电作用），可增加收卷紧度及整齐度。
收放卷张力控制机构的设计
早期的无溶剂复合设备采用锥顶式收放卷，虽然装料及卸料较为方便，但也存在料卷同心度差的缺点，这直接与纸芯端面的平整度、纸芯的同心度有关。软包装企业所用纸芯基本都要重复多次使用，而且需要根据长度进行自行切割，很难保证纸芯端面的平整度及纸芯的同心度，使用这样的纸芯在放卷时必然存在张力扰动，时紧时松，当采用轴承式张力传感器放卷时实际张力波动更明显，这也是目前无溶剂复合设备放卷机构采用气缸控制摆辊式张力控制形式的主要原因之一。
若采用气动锥顶收放卷方式，当纸芯端面不齐时，放卷张力就会出现时大时小的情况，收卷后如果再自然放卷时就不能保证同心度；纸芯一旦发生变形（不同心） ，料卷装上后也不能保证收放卷张力的稳定。此外，施加的锥顶力也会破坏纸芯端面的平整度，重复利用纸芯时很难保证收放卷同心度。如果收卷时料卷表面不同心，则收卷压辊便会上下跳动，在收卷压辊上跳的过程中收卷膜表面无收卷压力作用，而在收卷压辊下跳时就会有较大的压力压在收卷薄膜表面，而且收卷压辊的加压呈现周期性振动，极易将收卷复合膜压皱（横向皱纹），从而在固化成型后产生大量不合格品。
因此，应采用气涨轴收放卷方式，一方面可避免纸芯端面不齐对收卷同心度的影响；另一方面可将略有变形的纸芯撑圆，从而最大程度提高收卷同心度，这对于提高复合膜质量也非常关键。
多线切片机张力控制分析 篇7
关键词：切片机,多线切割,张力控制
0 引言
科技和社会的发展, 从客观上推动着人们对于集成电路的需求, 而其中所涉及到的切片工艺, 也在这种需求的推动下不断成熟。集成电路中涉及许多硬脆材料切片, 诸如单晶硅、蓝宝石、石英晶体、压电陶瓷、磁性材料、光学玻璃等, 并且其切片质量和效率直接影响着相应电子设备制成品的基片质量、器件成本等参数。因此, 此类材料的切片工艺受到了越来越多的关注和重视。
1 多线切割技术的概念与结构
多线切割技术的核心原理在于通过金属线的高速往复运动把磨料带入到待切割材料中, 按照预先设定的轨迹进行研磨, 并最终将其切开。在操作过程中, 多条金属线同时与待加工材料相接触, 因此可以通过一次操作动作同时切出几百乃至上千切片, 并且在机床健康状况良好的情况下, 切片的弯曲度、翘曲度、平行度、总厚度公差等关键技术指标都会胜于用传统加工设备切割出来的产品。目前, 多线切割已成为行业内脆硬特征材料切割加工的首选, 有明显替代传统内圆切割和外圆切割技术的趋势。
从工作过程上看, 通常选用钢丝线或者金刚石线作为切割线, 并且从放线辊经由一系列导向辊过渡到加工辊上, 最后采用同样的方式将切割线收卷到收线辊。在切片加工过程中, 系统通过驱动加工辊转动, 带动切割线实现高速往复运动, 同时将待切割工件移动至与切割线相接触的位置, 通过切割丝的运动带动研磨用砂浆对待切割件进行反复摩擦, 最终实现切割。多线切割工艺示意图如图1所示, 图中的加工辊控制着一簇切割线进行运动, 对下方的待加工工件施行切割操作。
在实际的线切割工作系统中, 切割线除了受到加工辊以及收放线辊控制以外, 还需要受到位于加工辊两侧的张力控制系统以及排线装置约束, 此外供砂系统、主轴冷却系统、润滑系统、工作台进给系统等也都在整个切割工作中发挥着重要作用。在众多的支持系统中, 张力控制系统直接影响到切割产品的质量, 也从一个侧面影响着切割线以及相关零配件的寿命, 是多线切割机床研究重点关注的因素。
2 多线切割张力控制浅析
在多线切割的工作过程中, 切割线的状态直接影响着切割的工艺和效果, 其抖动幅度和频度对于切片的平行度允差、切痕的最小宽度、角度允差等参数影响很大, 也是工作断线故障的主要成因之一。鉴于此, 在实际工作过程中应当加强对切割线张力的控制, 奠定有效加工基石, 切实提高加工效率以及相关经济效益。首先需要对切割线张力的形成进行深入分析。在加工过程中, 切割丝由放料卷向收料卷运动, 并且在运动途中经过待加工材料, 现用F0表示切割线的张力, 根据胡克定律, 其可以表示为原料传送时间t的函数:
undefined (1)
式中, V1、V2分别为收料卷和放料卷运行的线速度;ε为原料的弹性模量;δ为材料的横截面积;L为原料的初始牵引长度。
由式 (1) 可以看出, 材料在牵引运动过程中的张力形成过程实质是一个速度差积分的过程, 通过对式 (1) 求导可以得到式 (2) :
undefined (2)
式 (2) 表明, 张力变化的方向与速度差相同, 因此对于张力的调节可以从调节速度差的角度着手, 当速度差保持为0时, 张力将保持恒定。对于切割线在加工辊上的张力计算问题, 可以参照瑞士科学家Euler提出的张力递增定律进行计算。在图2中, 假设工作辊顺时针转动, 在其上选取dα角度进行考证, 工作辊对于切割线的弹力和摩擦力分别用dP和μdP表示, 其中μ为摩擦系数。如果单位长度切割线的质量为ρ, 则该段切割线对于辊轴的转动惯量可以用dIε表示, 并且有:
dIε=ρR3dα (3)
式中, R为辊半径。
图2中, β为切割线在辊上的包绕角, 是辊与切割线2个切点半径之间的夹角, 仍然用ω表示辊的转速, F表示切割线张力, 在辊的不同侧标注以不同角标, 则在dP方向上有:
undefined (4)
式 (4) 中, dα以及dF均趋于0, 因此式 (4) 可以近似记为:
undefined (5)
同时在μdP方向上有:
undefined
式 (6) 中右侧可忽略, 近似为0, 则有:
undefined (7)
根据式 (5) 以及式 (7) 可以进一步推导出:
undefined (8)
对式 (8) 两侧进行积分运算, 则:
F0=Fieμβ (9)
由此可以看出, 辊两侧的切割线张力与摩擦系数μ及包绕角β密切相关。
在对切割线张力进行控制的工作中, 一些小型的多线切割机多采用在加工辊和收放线辊之间增加重力锤的方式, 借由重力锤的位置和摆动速度来调节主电动机与放线电动机之间的速度, 使其保持同步, 消除速度差。但是此种方法属于开环控制, 在稳定性上存在明显不足, 目前仅在260 m/min以下速度的机床中应用。另一种可供选择的张力控制方式采用单片机控制AD转换器采集张力传感器相应的反馈信号, 进而做出相应的调节动作。这种闭环控制从理论上会获得良好的效果, 但多线切割时运动系统误差、各线辊的跳动及切割时的负载效应等问题, 会导致切割线张力信号带宽较大, 最高甚至超过500 Hz, 大于系统带宽, 给系统控制带来不利, 因此通常仅用于绞车等张力较大且波动频率低的场合。
目前在多线切割技术领域常见的另一类张力控制方法, 是采用一个质量相对较轻的张力摆杆替代重力锤, 同时采用交流伺服电动机作为张力电动机对其进行直接转矩控制, 以此种方法代替重力锤的作用。采用此种方法对张力进行控制, 在切割线需要较大张力的时候获得了良好的控制效果。与普通重力锤控制方式相比, 此种控制方法张力波动幅度最高可以下降90%, 张力扰动大幅度降低, 有效克服了开环控制的缺点, 是目前工作过程中所采用的相对主流且有效的控制方法。
3 结语
多线切割技术目前还处于不断完善中, 未来必然会发展出更为完备的加工控制工艺。唯有深入了解机械工作的原理和切实问题, 有的放矢, 才能提出有效的改进建议和措施, 有效提高多线切片工作的效率和效益。
参考文献
[1]戴瑜兴, 汤睿, 张义兵, 等.数控多线切割技术及发展趋势[J].电子工业专用设备, 2007 (11)
[2]张义兵, 戴瑜兴, 袁巨龙, 等.多线切割机线张力控制系统设计实现[J].机械工程学报, 2009 (5)
印刷机张力控制装置论述 篇8
印刷机是印刷文字和图像的机器,印刷机的发展印证着人类文明发展的步伐,承载着这种文明的扩大与传播。
当代,在承载这项使命各式各样的印刷设备中,胶印机以其印刷质量稳定、印刷速度快、操作简单、自动化程度高等优点被广泛地应用在新闻出版行业和教育出版行业。在胶印机的运行过程中,纸张张力的控制起着非常重要的作用却经常被忽视。
1 卷筒纸印刷机的张力控制系统
张力是卷筒纸胶印机使纸带前进时,对纸带形成的拉力。纸带的张力恒定是保证连续纸带能够顺利走纸印刷不发生断裂,保证套印精度的重要指标之一。
目前卷筒纸印刷机的张力控制系统,主要有速度控制和力拒控制两种方式。一种方法是通过改变制动装置的运行速度来实现纸张张力的控制,速度控制方式所进行的张力控制,可以在印刷机的给纸部分或印刷机各个功能单元进行。另一是通过调节纸卷制动装置的制动力大小来实现纸张张力控制。力拒控制方式则是在给纸部分进行张力控制,通过采用各种不同的制动器对纸卷运行进行制动。目前行业里被广泛采用的是力拒式张力控制方式。
力拒式张力控制方式主要分为气动式张力控制方式和电磁式闭环式张力控制方式这两种。气动式张力控制方式是通过张力检测装置对纸张张力进行检测,并将检测的信号传回到控制系统中。控制系统依据张力预设定值和张力检测反馈值进行比较后,输出信号控制张力辊起升汽缸气压进行张力调整处理。气动式张力控制方式具有控制精度高、稳定性强等特点,可适应高速度、厚纸路印刷状态下的张力要求,被广泛应用在高速卷筒纸印刷机组中。电磁式闭环张力控制方式也是通过张力检测装置对纸张张力信号进行检测,之后将检测的信号传回到张力控制系统中。控制系统依据张力设定值和张力检测反馈值进行比较后输出控制信号给电磁控制器进行磁力调整,达到目标张力值。电磁式闭环张力控制具有随机性强、控制精度高等特点,适应不同纸料(纸张厚度和纸张原材料)但受电磁吸盘长时间磨擦运行会是磁盘温度高的限制,电磁式闭环张力控制方式适用于中低速印刷状态下的张力要求。
2 力拒式张力控制装置的构件
力拒式张力控制装置由纸卷制动装置、纸带减振装置、送纸辊机构、张力检测装置和张力自动控制器等几个部分组成。
1)纸卷制动装置。该装置通过制动力大小调整纸带张力的状态。制动力大小在印刷过程中必须进行准确可靠的调整。避免纸带因为过载出现断纸或张力不够使纸带松垮套印不准。制动装置依据以上分类有电磁式制动和气动式制动两种方式。电磁制动器控制制动盘面大,制动力矩大,依据纸架结构多采用单磁面制动,导致电磁盘面磨损严重使用时间短。气动式制动盘面小,多采用双盘制动,制动效果好,刹车片磨损小使用时间长。
2)纸带减振装置。该装置用于吸收和减小纸带运行中由于机器和纸卷振动产生的张力和速度的波动。减振装置一般包括浮动辊机构和阻尼机构。浮动辊机构设置在机器走纸张力第一次校正位置。浮动辊可以消除纸卷不规则引起的张力变化,当纸带的两边松紧不一致时,可以通过浮动装置的弹簧压缩量的变化,调整这种不一致状态。阻尼机构主要是对由于速度急剧变化所产生的走纸张力的急剧变化施加阻尼,使这种突然剧烈的张力变化变得平缓、连续,稳定纸带的张力。
3)送纸辊机构。送纸辊又称为纸带驱动辊或续纸辊。送纸辊是给纸机的最后一个部分,纸带离开送纸辊之后就进入到印刷单元进行印刷。送纸辊机构用于对纸带进行强行驱动并控制纸带速度和张力,保证纸带能够顺利地向前运行并将纸带平稳送出。送纸辊机构一般由二到三个辊组成。其中一个是由电动机驱动的、速度可以调整的钢辊。送纸辊机构一般安装在电磁式制动纸架的输纸部分,在更换纸卷时协助新纸卷快速启动运行,减少纸卷的加速时间,确保印刷不间断的前提下顺利的更换纸卷。该机构多应用在不停车接纸的零速纸架上。
4)张力检测装置。该装置用于将纸带的张力大小进行检测并送到张力控制系统中。张力检测装置直接检测纸带的实际张力值,然后把张力数据变成张力信号送入到张力控制器中。张力控制系统将这个信号与预先设定的张力值比较,计算出控制信号,从而自动调整电磁制动器激磁电流、气动制动系统的汽缸气压或者调整控制电机的电压,实现张力大小的调整,使纸带的实际张力值与设定值相同。
5)张力自动控制器。张力自动控制器是接收张力变送器送来的生产过程被调变量变化的信号,并与设定的被调参数的进行比较得到差值经过控制器一定的调节运算进行处理,并将处理后的数据信号反送到张力控制调节机构中,实现调整张力大小的装置。张力自动控制器是印刷机张力控制系统的核心部分,直接决定着张力控制系统的控制效果和品质。
3 以DLP250卷筒纸输纸机为例剖析张力系统控制
以上海恩母易基的DLP250卷筒纸输纸机张力控制系统为例剖析张力系统的控制。DLP250的给纸机张力控制系统,采用气动盘式制动方式对输纸卷进行制动控制。利用浮动辊侧面的滑动变阻器检测纸带张力,将张力信号变为电信号。制动转盘随纸卷一起转动,制动刹车片通过两组气动压膜的压力控制,实现对转动盘的压力摩擦,进而实现对纸卷转速和印刷机转速的差值控制,实现印刷过程纸张张力的控制。
在纸卷半径尺寸发生变化或其他干扰因素造成的纸带张力大小偏离张力的设定值时,张力控制系统便通过改变制动盘刹车片压膜的气压压力调整制动力大小。纸张张力的控制实际上就是制动盘刹车片压膜压力的控制。检测装置将输纸线的张力信号送到给纸机的控制系统,控制系统依据张力设定的数值和实际张力大小,发出适当的电压信号,对制动压膜的气体压力进行控制。系统张力设定值是根据工艺和实际生产状态设定的,对应为直流电压0~10V。电压信号通过电气转换器E/P输出一个0~0.7MPa的气压信号给浮动辊的起升气缸,根据张力设定,基本给定了一个压力值,使浮动辊具有一个目标基准的位置。检测张力是一个旋转方式量程为1kΩ电位计,安装在浮动辊侧面的回转轴上。电位计根据浮动辊的起升位置输出一个电压为0~10V的压力信号。当系统工作时,浮动辊检测纸带的张力大小,并将张力大小对应的电压值送入EAE张力控制器中。EAE根据这个信号和张力设定的数值信号及时地进行判断,计算并输出控制电气转换器E/P电压值。
实际印刷过程中有很多因素会影响到张力控制系统的控制质量。有纸张本身质量问题、室内空间的湿度问题、纸路的路径问题等,其主要控制精髓是控制系统采用的控制规律,决定着控制系统的好坏和系统运行的稳定。因此要印刷出精品的报纸书刊,除调纸张选材和整外部环境因素外,控制系统的控制规律选择一定要保证系统反应快、超调小、误差小,又要保证控制系统稳定。卷筒纸印刷机的张力控制是卷筒纸印刷中必须进行的工作。单闭环的控制能满足一般的报纸印刷要求,在广告印刷中为了获得好的张力控制质量必须选择较高精度的张力检测装置,采用合适的控制规律。如果这些因素都考虑到了仍不能满足印刷条件对纸带张力的要求,那么就需要在印刷设备控制的基础上增加建立另外的控制系统。如:山西闻兴印务有限责任公司环球四五印刷机组中配套的二次张力稳定控制器、精品印刷烘干机等。
参考文献
[1]余节约,田培娟.印刷工艺原理[M].杭州:浙江大学出版社,2010.
[2]张海燕.卷筒胶印机[M].北京:化学工业出版社,2006.
镀锌线炉区张力速度控制 篇9
1 张力速度控制原理
酒钢镀锌机组采用新日铁设计的立式退火炉, 炉区的传动电机均为变频电机。电机采用了速度转矩双环控制, 电机的转速和转矩通过减速箱后转化为传动辊的转速和转矩, 使各个区段的带钢按照一定的速度、张力运行。
对于生产线上某一张力区域, 区域内所有参与张力调整的传动辊提供的总张力值等于该区域的张力设定值减去后一张力区域的张力设定值。具体到该张力区域的某一参与张力控制的传动辊在按照特定算法进行张力分配后, 把张力转换为转矩值, 传送到变频器控制电机转矩。
此外, 实际生产运行时还需要进行转矩补偿。转矩补偿包括空载转矩和加减速时的动态力矩 (Forcing) 。在调整生产线速度时, 就需要给出一个加减速补偿转矩。机械损耗作为一个固定参数在变频器中设定, PLC程序中不进行机械损耗计算。
为保证退火炉区域内带钢张力的稳定性, 在电机的速度转矩双环控制系统基础上, 增加了张力闭环控制。张力计作为检测带钢实际张力的检测仪器, 实时地将张力实际值反馈到控制系统中, 与张力设定值进行比较。它们的差值信号输入到张力调节器中。张力调节器的输出量经过变化转换为电机的附近速度值, 与主速度设定值相加后传送到变频器控制电机转速。
各区域可提供张力段差如表1所示。
2 关键参数计算
PLC计算出的设定值通过接口送到变频器执行, 从而实现对生产线速度和张力的控制。主要设定数据有速度设定值 (N) 、加减速补偿转矩τH、张力转矩τS。
2.1 辊径补偿常数K d
镀锌线控制系统常数 (Ktia、FTCC) 计算使用的辊径为理论最大辊径 (电机参数表中的Dmax值) 。因此, 在计算出速度、转矩等设定值后、再传送到变频器控制执行前, 需要进行辊径补偿计算。Kd就是辊径补偿常数, 其计算公式为:
公式中D为传动辊实际辊径, Dmax为理论最大辊径。
2.2 电机负荷转矩计算
驱动辊张力到转矩的转换公式为:
公式中T为张力值, N;τ为转矩, N﹒m;i为传动系统减速比;Te为电机额定转矩, N﹒m。
引入常量Ktia, 程序计算中简化为:
2.3 负荷分配
上述计算出的转矩τS为张力区域内总转矩, 由该张力区域内参与张力控制的传动辊共同提供, 需要分配到各个传动辊电机。
酒钢镀锌线负荷分配方式有两种:一种是按照传动辊电机额定功率占区域内电机额定功率之和的比率比例进行分配;另一种是按照带钢包角进行分配。实际中除炉区热张紧辊按带钢在辊身上的包角分配外, 其余都采用第一种方式进行转矩分配。
2.4 加减速转矩补偿计算
电力拖动系统的运动规律可以用运动方程来描述。电力拖动系统的运动方程为:
引入常量FTCC (Forcing Torque Convent Constant) 后, 计算电机转矩的公式转化为:
2.5 AT R (张力调节器) 计算
为了保证生产线稳定运行, 在转矩调节器、速度调节器双环外, 设计了张力调节器。转矩调节器、速度调节器控制单台电机, 张力调节器面向张力段内所有参与张力调整设定控制的电机。
张力调节器的输入为张力偏差值ΔT, 等于该区域的张力设定值Tset与张力计辊检测实际值Td之差。
张力调节器使用PI调节器, 在PLC中的计算模型为:
公式中Kp为比例放大系数, T为采样周期, Ti为积分时间常数
2.6 AT R输出值转化为速度值
张力调整通过速度的改变来实现。计算出张力调节器ATR的输出值后, 还需按照算法进一步转化为速度值, ATR的输出值到速度值的转化公式如下:
3 结语
今后, 在条件允许的情况下, 技术人员将进一步做一些调整尝试, 更深入地了解镀锌生产线运行状况, 积累数据经验, 更好地解决今后遇到的各种速度、张力问题。
参考文献
[1]徐秀飞带钢热镀锌技术问答[M].北京:化学工业出版社, 2007.
[2]李九岭.钢带连续热镀锌[M].北京:冶金工业出版社, 1995.
[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社, 2004.
张力控制 篇10
1 卷筒纸印刷机的组成及原理
卷筒纸印刷机可以分为四色印刷单元、收卷、开卷3部分, 研究的主要对象是卷纸筒印刷机中的开卷。张力传感器做为主要应用对象, 张力控制器则用来输出数据并作用于磁粉制动器上, 这样的张力控制系统应用传感器来接收纸带上发出的张力信息, 从而开卷才能实现启动, 进而张力才能够得到恒定的控制。
2 张力模型
Md—开卷轴上的等效制动力矩;D—放卷的直径;D0—卷辊直径;ω—开卷辊角速度;v—纸的线速度;b—卷纸宽度;h—卷纸厚度, 如图1所示。开卷的一个动态的力矩平衡则如以下方程:
式中:T—卷纸张力;J—开卷辊转动惯量;Jk—卷纸开卷辊上的转动惯量;J0—开卷辊轴芯转动惯量;Bf (t) —阻尼系数;m—卷纸质量;D1—纸卷最初直径;ρ—纸卷密度。张力可得:
把 (5) 代入 (4) 得到:
开卷在单位时间内减少的纸卷横断面积相当于纸面积:
(9) 和 (11) 合并可得到:
(3) , (6) , (7) , (9) , (11) (12) 带到 (2) 中得张力:
从公式 (13) 中可以知道, 开卷的张力T与多个因素有关, 它受到J0、v、D、h、D0、ρ和摩擦系数Bf等众多因素的影响。式子分别由纸卷直径平方、纸卷直径四次方、线速度、线速度导数、线速度平方几个共同构成, 它是一个多项式, 因此可以知道开卷的张力并不是只一个影响因素, 如图1所示。
3 MATLAB的仿真模型
MATLAB是美国Math Works公司所出品的一款数学软件, 它可以用于数据分析、数值计算、算法开发和数据可视化等高级技术计算语言和交互环境, 主要有MATLAB和Simulink两个部分。在MATLAB中, Simulink实现了动态系统仿真与模型的建立, 它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集合在一个易于使用的视窗环境中, 为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案。在MATLAB中, Simulink自行利用模块建立子系统, 并且还利用Mask把新系统重新编辑封装, 最终成立一个独立的模块。
3.1 张力仿真系统
仿真张力控制系统由3部分组成:磁粉制动器模型、张力模型、张力控制模型。用PID算法计算张力控制器, Simulink制造磁粉制动器模型和张力模型, 还可以建造自己的子系统, 制造出的一个仿真模型可以直接应用, 但是控制参数得自行设置, 式 (13) 得出张力仿真模型, 如图2所示。
在MATLAB可以得出仿真系统设置的参数和磁粉制动的数学模型仿真系统。考虑到影响张力的因素, 参数发挥了巨大作用以便于进行变量更改。磁粉制动器3个参数分别为:时间惯性系数Tm, 磁粉制动器增量K m, 滞后时间τ, 其中Km=1, Tm=1.2, τ=0.5。
3.2 仿真模型与模型分析
仿真实验在图2中进行, 首先需要调节PID参数, 然后得到如图3所示的较平稳张力曲线。
假定影响张力的卷纸直径和线速度数值不变, 在这期间可以视为线速度恒定, 而这一段时间内卷纸直径也为定值。为了研究影响张力的线速度, 则纸卷直径等其他参数就为定值, 在MATLAB模拟张力系统的过程中, 可以分别设置张力、线速度和纸卷直径三者单独影响的仿真系统。经过每个单独的仿真系统可以得知, 线速度对张力的影响较大而纸卷直径的影响比线速度相较小。当研究纸卷直径对张力的影响情况时, 就得保证其他变量——线速度和仿真系统其他参数恒定, 由公式 (10) 可以得到纸卷直径的变化走向。图4中纸卷直径和纸卷线速度两者同时作用时, 其中线速度起主导作用, 它极小的变化就会使得张力波动比较大, 在它稳定后张力才会趋于平稳, 如图4所示。因为这两个主要干扰对张力控制系统有很大影响, 因此在设计张力控制器的过程中, 克服纸卷直径和线速度的干扰是很有必要的。
4 结语
为了进行张力系统的仿真研究, 文章应用MATLAB软件对纸卷直径和线速度2大主要扰动因素进行了仿真模拟。MATLAB充分显示了自己强大数据和图像功能, 用这个仿真模型得到了几个张力干扰因素真实还原了印刷机工作系统, 充分模拟印刷机工作的状态, 由此, 可以认识到MATLAB软件模拟系统的可行性, 并且在研究今后的张力控制系统时, 运用此项技术, 可以更加经济方便地完成研究。
参考文献
[1]刘静楠.张力控制器的设计与实现[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2008.
[2]赵寿华.钢带缠绕张力控制系统的研究[D].济南:济南大学, 2010.
[3]杨梅, 续明进.基于MATLAB的卷筒纸印刷机张力控制系统的建模与仿真[J].包装工程, 2011 (7) :22-25+42.
张力控制 篇11
1 传统张力控制系统框图（见图1）
TP：张力传感器或者摆辊，检测张力用
IMP：电机驱动辊处的压辊，隔断张力用
TEN，SET：张力设定，一般在人机界面中设定
LS：电机的主速度给定
INV：变频器
M：变频电机
PLC：可编程控制器，计算电机速度
2 原理
传统的张力控制系统主要的控制部分在PLC中实现：通过触摸屏设定需要的张力值，TP反馈实际的张力，在PLC中，比较两个张力的差值，再进行PlD运算，计算出一个速度调整量，与电机的主速度LS进行叠加，输出一个最终的速度给变频器，并通过变频器驱动电机运动，达到控制张力的目的。
1 住友张力控制系统框图（见图2）
TP：张力传感器或者摆辊，检测张力用
IMP：电机驱动辊处的压辊，隔断张力用
TEN，SET：张力设定，一般在人机界面中设定
LS：电机的主速度给定
PAU：住友专用的电机驱动器
M：变频电机
MC550：住友控制器，每个控制器最多可带8个驱动器，并且有PLC的功能。
2 原理
该系统由4部分组成，张力给定、张力检测（反馈）、驱动器、执行器（电机）。
在该控制系统中，首先整机各驱动部件都按照同一线速度给定信号LS进行同步控制，在人机界面中设定需要的张力值TEN，SET，通过TP检测，反馈实际的张力，在MC550中与设定张力值进行比较计算后，得到一个张力调整量，张力调整量与主速度信号LS进行叠加，形成总控制量，输出到PAU，并实现控制矢量电机的转速，达到速度稳定，张力稳定的目的。该控制系统检测单元为张力传感器或者摆辊，能准确地反映出实际张力的大小，以矢量电机作为驱动元件，具有响应迅速、適应范围广、控制精度高等特点。
1 加减速的处理
我们知道所有的物体均有惯性，当要改变相应物体的物理状态时，就必须施加外力，使物体从一种状态变化到另一种状态。在张力控制时，当速度产生了变化，通过电机驱动来克服传动，执行元件的惯性，并拉动材料来克服各个导向辊的惯性，使系统张力变得不稳定，所以住友控制系统在加减速时作了S曲线加减速的处理。
V0：目标线速度
t0：一般加速时到达目标速度的时间
b0：S曲线加速时到达目标速度的时间
t1：开始减速时间
t2：一般减速时到达零速时的时间
t2：S曲线减速时到达零速时的时间
从上面的曲线图能看出来，系统在开始加速或开始减速时，作了一个S曲线处理，使系统从稳态到动态变化时，先缓慢变化，再匀加速变化减少突然变化给系统带来的冲击，同时也减少系统转动惯量对张力的影响；加速完成和减速完成时具有同样的功能。
2 信号的精度及抗干扰的处理
张力控制系统是一个多轴联动的系统，内部包含有很强的干扰源，对检测信号的抗干扰处理是必要的也是必须的。
检测信号的精度直接影响着控制精度，试想张力的波动不能实时可靠地反映出来，再好的控制系统也无能为力，只有实时、可靠的检测信号才能保证控制的高精度。
住友对检测信号的抗干扰措施：从机身到电气柜的信号尽可能采用电流型，有效减少在信号传递过程中的信号衰减。信号进MC550之前，都需要经过信号转换器，有效进行信号隔离，减少信号干扰。同时要求高低压、交直流分隔走线及布线，所有信号线均采用屏蔽线；在软件上，对检测信号进行滤波，消除错误的检测信号对系统产生的冲击。
3 住友控制器位置控制的应用
由于涂布机的材料一般比较厚，为保证裁切的可靠性，所以在收料部采用的是零速接料，这就需要在收料牵引前面加上一个储料架。在储料过程中，根据储料架电机的转动，随时记忆储料架上升的位置，根据主机速度，在不同的位置，储料架的加速度不同。
4 回转架转动多段速的应用
回转架转动的过程对张力的影响也是很大的，尤其是回转架启动和停止的一瞬间，是一个动态、静态转化的过程，这个和整机加减速有着同样的特性，此时要求回转架的转动采用变频器的多段速指令，进行高低速的切换，并且延长变频器的加减速时间，最大程度地减少回转架转动对张力稳定性的影响。
5 压辊离合压时单独PID的应用
压辊离合压时，由于料长发生了变化，此时的张力平衡被打破，而要建立新的稳定的张力，就需要一个可靠的PlD来实现，如果离合压和稳态时共用一套PlD，将会延长系统建立张力的时间，为此，住友系统在离合压时，选择单独PlD控制，大大缩短了系统建立张力的时间。
以上的方法是笔者在住友系统调试中总结出来的，通过以上措施的实施，有效地控制了张力的稳定性，大大减小了张力波动，保证了涂布的精度，明显地改善了整合设备的张力状况，升降速废品率，接换料废品率大大减小。
络筒张力控制系统及仿真 篇12
络筒时,纱线从管纱上退绕下来时产生的退绕张力的绝对值并不大,还不能络成结构紧密、容纱量足够大的筒子,必须通过张力装置附加给纱线一定的张力。目前国内的张力装置的类型主要有圆盘式、弹子式、弹簧张力鞋式、曲弧板式、梳齿式及气动式等。它们的特点是施加给纱线的张力是个固定值,不会随着纱线进入张力盘时的张力变化而变化,因此很难保证纱线张力的恒定,而恒定适当的纱线张力可以说对产品质量和生产效率是至关重要的。本文提出一种新型的纱线张力在线控制系统,并对此进行了仿真研究。
2 控制系统工作原理
本文提出的纱线张力控制系统是利用张力传感器随时测量进入张力盘时纱线的张力,然后测量信号经过A/D转换后输入给张力控制模块,工作原理如图1所示。根据纱线张力的变化情况,在控制模块采用了模糊控制。控制模块一方面将此数字量转换成相应的张力数据,显示在液晶屏上,供用户分析;另一方面,根据模糊控制器计算,获得张力的控制量,并转换成PWM脉宽调制信号,送给张力调节模块。张力调节模块工作原理如图2所示,纱线从A点进入转轮,在转轮上绕一圈后,从B出来,转轮在纱线带动下转动。磁粉制动器给转轮一个相反方向的阻尼转矩,通过调节磁粉制动器输出转矩的大小则可间接调节施加给纱线的附加张力的大小,从而实现纱线张力的恒定。
3 纱线张力分析
纱线张力是控制系统的整个控制目标,即需要保持纱线输出张力的恒定,如图2所示。T为纱线的输出张力,即离开转轮后的张力,Tr为纱线的初始张力,即进转轮之前的张力,Mf为磁粉制动器产生的阻力矩。则系统的力矩平衡式为:
△T-纱线张力的增加量;Rr-转轮的半径;Mg-摩擦力矩。
摩擦力影响很小,可以忽略不计,所以上式简化为:
纱线的输出张力公式为:
把式(2)代入(3)式得:
Tr是一个随时变化的力,影响它的因素很多,因此无法建立纱线张力的精确数学模型。由此简化式可知,这是一个非线性方程,也可以确定此系统为一个非线性系统,所以采用模糊控制。
4 系统仿真
采用MATLAB6.5进行仿真,在Simulink中搭建系统模型,如图3所示。
对整个控制系统来说,输入量为实际测量张力和张力设定值之差,在仿真过程中,输入量用幅值为1的单位阶跃函数代替。仿真结果如图4所示,可以看出系统超调量σ%=5%,上升时间tr=0.3s,调整时间td=0.4s,满足系统的调整要求。
5 结语
针对络筒过程中纱线恒张力控制问题,提出了一种新型的张力控制系统,并采用了Simulink仿真环境对所设计的模糊控制系统进行仿真。仿真结果表明,采用模糊控制后,系统的超调量大大减小,上升时间和调整时间也大有缩短,满足了系统的要求,也证明了系统方案的可行性。
参考文献
[1]范锦利,邢飞.新一代国产络筒机-GS669型络筒机[J].纺织导报,2003(1):44-44.
[2]曹志国,廉小亲.基于MATLAB的两种模糊控制系统仿真方法[J].计算机仿真,2004(3):349-358.