张力辊组及其控制

张力辊组及其控制

黄海生

（江西新余钢铁有限责任公司，江西

新余338001）

摘要：本文通过张力辊组的受力分析与计算，张力辊组的工作状态分析，阐述张力辊组的控制方法。关键词：

张力辊组；计算；控制

Bridle Roll and it’s control

Huang Hai sheng

(Xinyu Iron&Steel Co.Ltd.,Xinyu 338001,China)

Abstract ：This test expatiate method of control for Bridle roll according to stress analyse and calculate of Bridle roll ，operating state analyse of Bridle roll.

Key words ：Bridle roll ；Calculate ；Control

1前言

张力辊组又叫张紧辊组，俗称S 辊，在带材的连续生产线上有着广泛的应用，如冷带的酸轧联机、连退、镀锌、重卷、彩涂等机组，张力辊组的作用是在带材的连续生产线上实现张力的分隔和调节。张力辊工作原理：带钢包绕在张力辊上，在其包绕接触处（即包角处）产生摩擦力，使出口与入口产生张力差，由此改变张力辊入口或出口带钢的张力值，对机组实现张力控制。

2张力辊组的受力分析与计算

2.1张力辊的受力分析

张力辊组的受力如下图

1

图1张力辊组受力分析图

带钢运动速度和方向如图1中V，以1号张力辊为例，张力辊入口所受的力为带钢的张力T1、钢带运动的离心拉力T 离，钢带弹塑拉力T 弹塑；出口所受的力是张力T、钢带弹塑拉力T 弹塑、钢带运动

的离心拉力T 离，当然还有机械传动如轴承的摩擦力，在图中未画出。图1中T 弹塑实线部分受力为张力辊处于电动状态，虚线部分受力为张力辊处于发电状态。2号张力辊入口和出口的受力与1号张力辊相同。

2.2张力辊组的计算

张力辊的计算主要包括张力辊几何尺寸计算、张力的计算、张力辊传动力矩、传动功率的计算等。2.2.1张力辊几何尺寸的确定

张力辊辊径的选择，应以带钢最外层表面达到屈服极限为出发点，这样可防止带钢出现永久变形，张力辊的最小半径为:

（1）

式中：D 为张力辊辊径（mm）；E 为带钢弹性模量（MP a ）；h max 为带钢最大厚度（mm）；σs 为带钢屈服极限（MP a ）

辊身尺寸依据带钢的宽度选取，通常是带宽加200~300mm。

张力辊组的辊径大小对设备成本有较大影响，因为所要求的张力转矩等或电机输出转矩随辊子直径的增大而增大，传动设备的投资成本也随之增加。2.2.2张力及传动力矩计算

根据欧拉公式可计算出张力T ，张力辊组传动力矩M 为张力辊出入口综合张力差与张力辊半径的乘积，如图1受力分析

张力辊处于电动状态（T

（2）（3）

张力辊处于发电状态（T>T1）时：（4）（5）

式中μ为辊子与带钢的摩擦系数，α为带钢在辊子上的包角（rad），D 为张力辊直径；T 弹塑、T 离的计算详见参考文件。

由张力辊转矩可计算出张力辊传动功率，详见参考文件。

上述计算式主要用于张力辊的设计，其出发点是满足要求的张力放大倍数，并确保钢带在张力辊组上不打滑。从控制角度考虑，在钢带不打滑的情况下，张力辊组中的张力辊1和张力辊2是一个整体，且张力辊组入口张力T1和出口张力T2是已知的，考虑传动摩擦力矩Mf，张力辊组总的传动力矩计算式：

张力辊处于电动状态（T2

张力辊处于发电状态（T2>T1）时：

2

（7）

3张力辊组的分类及工作状态

在带材连续生产线中，根据张力放大倍数的需要，张力辊组有两辊、三辊、四辊等几种，同时张力辊可全部带传动，也可部分张力辊带传动。在整个生产线中，一部分张力辊组只是分隔张力区并产生主令速度，并不调节张力，属于主令速度张力辊组；更多的张力辊组用于调节张力，采用张力控制。在生产线中，一部分张力辊组工作在电动状态（入口张力大于出口张力），一部分张力辊组工作在发电状态（出口张力大于入口张力）。在生产线的每一区段有各自的主令速度，即每一区段有一主令速度张力辊组；相邻两组张力辊组不能均为主令速度张力辊组，相邻两组张力辊组可均采用张力控制。

4张力辊组的控制

4.1

主令速度张力辊组控制

图2张力辊组控制框图

主令速度张力辊组控制如图2所示，张力辊速度闭环控制，张力辊负荷平衡采用相同的转矩控制量即转矩等比例控制（近似于电机功率等比例）。负荷平衡具体控制方法是：将张力辊组中功率最大的张力辊的速度调节器积分量输出送给其它张力辊使用，而其它张力辊的速度调节器积分不使能，张力辊的转矩限幅只是起到保护电机的作用，而不起调节转矩作用。

4.2张力辊组张力控制

张力辊组张力控制有直接张力控制和间接张力两种方式。

4.2.1间接张力控制

间接张力控制属于张力开环控制，张力辊电机工作在转矩控制方式，如图3

所示。

图3间接张力控制框图

使用式（6）或式（7）计算出传动的总转矩，通过速比i、效率η及负荷平衡（转矩等比例）等计算，计算出两个电机的转矩，作为转矩限幅给定到变频器，通过转矩限幅调节控制张力，而速度调节器使用附加速度给定使其工作在饱和状态，从而达到速度开环，而转矩闭环。4.2.1直接张力控制

直接张力控制是张力闭环控制，一般用于对张力要求较高的情况，使用张力计反馈实际张力，变频器工作在转矩或速度都可以，区别只是张力控制器的输出送给不同的调节器而已。如图2，为变频器工作在速度状态时的直接张力控制方式，张力辊负荷平衡仍采用转矩等比例控制法，负荷平衡控制具体方法与主令速度张力辊组负荷平衡控制相同。

直接张力控制采用张力闭环控制，张力控制精度高，不需要考虑钢带的弹性力和传动摩擦，也不需要考虑传动比和效率，计算较间接张力控制法简单得多，但由于采用了张力计，设备投资增大，所以一般用于对张力精度要求较高的场合。

为进一步提高直接张力的控制精度，采用张力自适应控制。如图4所示，通过张力自适应控制器输出，调整张力调节器及速度调节器的控制参数，

消除机组速度、钢带参数等对张力控制的影响。

图4张力自适应控制框图

4.3张力辊组的传动控制

在钢带连续生产线中，一部分张力辊组工作在电动状态，一部分工作在发电状态，电机发电状态的能量可直接供给电动状态电机用。所以，张力辊组合理搭配，采用公共直流母线的集中整流和独立逆变的变频调速方案最为经济合理，因减少了从电网获取的能量，可减少整流逆变装置、整流变压器及上级电网设备装机容量，同时可减少线损和电缆投资。

5结束语

在钢带连续生产线中，为满足生产工艺要求并确保不断带，需将全线分成多个不同的张力分区，因此张力辊组的设置和张力辊组的控制显得非常重要。为保证全线稳定高速运行，目前张力辊组更多采用直接张力闭环控制，同时为减少投资和节能，张力辊组采用公共直流母线的集中整流和独立逆变的变频调速方案。

参考文献

［1］李海燕.冷连轧机组中张力辊组的设

计.一重技术［J］.2006（4）：5-6

［2］潘卫东等.二次冷轧机组张力辊设计

计算.江苏冶金.2007（3）：59-60

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浮动辊

浮动辊是采用穿连两端带挡板的料辊套的辊体，并通过将传动轴上预留调整量位置的锁紧套锁紧构成，或是采用传动轴上两端带挡板中间适当长度的一个以上料辊套组成的辊体。其特征在于：由安装在轧辊支撑架上两个相互啮合的轧辊及安装在浮动送料辊支架上通过传动轴串联连接的多个浮动料辊组成的；浮动送料辊与料卷连接。 技术应用[回目录] 1.分切机上的浮动辊 一种垂直运动方式分切机上的浮动辊。采用精密导轨副垂直设置在墙板内侧上，浮动辊连接座移动设置在精密导轨副，气缸中活塞杆一一端连接在墙板上，另一端连接浮动辊连接座，浮动辊两端连接浮动辊连接座，滑动变阻器一端连接浮动辊连接座。解决了现有技术中浮动辊张力方式是水平方向摆动必先克服辊子自重、与张力方向不一致而导致的精度低且无法提高驻及整个机构非常庞大等缺陷。本发明的浮动辊采用垂直上、下运动方式，不仅能在收卷物料上形成张力，且精度得以提高，体积减小，成本降低。 2.浮动辊在印刷机收放卷张力控制中的应用 在卷材的生产加上中比如成卷薄膜或纸张等的印刷、涂布，有放卷收卷等有关卷取草作的工序，卷材张力在动态地变化。在卷取过程中，为保证生产效率和卷材的表面质量保持恒定的张力是十分必要的。介绍一种在工作中经常采用的张力自动控制方法——浮动辊式张力自动控制系统。 张力检测控制原理[回目录] 1）单浮动辊张力控制系统 单浮动辊张力控制系统如图1所示该系统主要由浮动辊3低摩擦缸4电位器5等组成。当气缸上腔接入压缩空气时作用于薄膜上的张力为辊重力垂直分力与气缸垂自作用力之札。由于浮动辊摆角较小．摆动过程中垂直分力基本不变因此直接改变气缸的压力就能调整薄膜的张力张力大小与膜卷直径无关．在卷绕过程中．当张力发生变化时，浮动辊相应摆动电位器间接检测出张力变化，经P，D调整后控制卷取速度，保持薄膜张力恒定。 在应用于中心卷取过程中除了上述实时张力控制外还存在随着膜卷直径增大。膜卷线速度不变的情况下角速度逐渐减小的过程。开始时卷材作用在浮动辊上的拉力与辊自身的重力。气缸的推力相平衡浮动辊处于中间的平衡位置．随着膜卷6直径的增大。浮动辊3，句上摆动，带动电位计5旋转，使反馈信号偏离了原平衡点电压值。该信号与给定电压信号相比较得出偏差值经积分运算后，调整电机速度，使电机的转速下降卷材的张力恢复到给定值。浮动辊又回到原来的平衡位置。在整个卷绕过程中随着膜卷直径的增大，电机转速不断进行调整，使薄膜张刀保存恒定。雁常情况下膜卷直径变化范围—般为5-8倍，果用伺服驱动模式时调速范围可以达到10倍左右。

拉弯矫张力辊的设计计算

拉弯矫直机组设计中张力辊主要参数的计算 符可惠 （中色科技股份有限公司，河南洛阳471039） [摘要]：本文介绍了拉弯矫直机组的工作原理，张力辊组在拉弯矫直机中的作用及张力辊组基本参数的计算。 [关键词]：张力辊、放大系数、功率、延伸率 近年来，随着轧制技术的快速发展，薄带材的平直度已经有了较大改善。然而，随着用户对板带材平直度的要求更加严格，矫直设备的需求也有了跨越式的发展，其中拉弯矫直设备是提升薄带材板型质量的重要设备之一，它是通过使带材产生一定的延伸量来消除带材波浪、获得良好板型。 拉弯矫直的工作原理：拉弯矫直机是综合了连续张力矫直机和辊式矫直机的特点，使带材在拉伸和弯曲的作用下，连续多次正反弯曲，在大变形矫正下，逐步产生塑性延伸并释放板材内应力，以消除板带材在冷加工时产生的波形、翘曲、侧弯和潜在的板型不良等缺陷，使厚度薄、材料硬的薄带材达到板型平整，满足高端用户的需求。 张力辊组是拉弯矫直机组中的重要设备，拉弯矫直所需的张力主要是靠张力辊组之间张力递增来实现；入口张力辊组最后一个辊和出口张力辊组第一个辊的速度差产生必要的延伸率。张力递增倍数与带材和张力辊之间的包角、摩擦系数有关。摩擦系数在实际运行当中也有许多变数，由于包胶辊在使用一段时间后辊面会被磨光，因此辊面与带材之间的摩擦系数会急剧下降，导致系统无法正常工作。所以，在设计张力辊时既要满足张力要求又要防止张力辊组与带材打滑现象的发生。 下面我们以无锡某厂700mm不锈钢拉弯矫直机组张力辊的参数选择加以说明。 1 张力辊辊径 张力辊组设计的基本要求是既要满足张力需要又要防止张力辊组与带材打滑现象的发生，带材包绕在张力辊上，在其包绕接触处产生摩擦力，正是这个摩擦力，使出口张力与入口张力按某种规律变化，借此改变张力值，对机组实现张力控制。 带材材质：不锈钢 带材的屈服极限：σs=205~510N/mm2 带材的弹性模量；E=206GPa 带材厚度：h= 0.08~0.6mm 带材宽度b≤550mm 机组速度v：0—100—150 m/min T=30k N 最大开卷张力： b

分切机张力控制方法

分切机张力控制方法 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V1 , 放料卷运行线速度为V2 ,根据胡克定律可得张力F: , 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/ V1 。由此可见,张力的形成是一个积分环节。在启动过程中,V1>V2,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V1、V2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]。 3 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。 (4) 分切原材料材质的不均匀性。如材料弹性的波动，材料厚度沿宽度、长度方向变化等，料卷的质量偏心，以及生产环境温度、湿度变化，也会对整机的张力波动带来影响。 (5) 分切机的各传动机构（如导向辊、浮动辊、展平辊等）存在不平衡以及气压不稳等因素。 4．张力控制的实现形式 4．1 张力信息的检测方式 (1) 张力传感器检测方式：它是对张力直接进行检测，与机械紧密地结合在一起，没有移动部件的检测方式。通常两个传感器配对使用，将它们装在检测导向辊两侧的端轴上。原料通过检测导向辊施加负载，使张力传感器敏感元件产生位移或变形，从而检测出实际张力值。 (2) 卷径计算式检测方式：它是用安装在卷轴处的接近开关，检测出卷轴的转速，因为卷轴每转一圈，卷径会发生2倍于原料厚度的变化。 通过所设定的卷轴直径初始值和材料厚度，累积计算求得卷筒当前的直径，相应卷径的变化反映实际张力值的变化。 (3) 浮动辊位置检测方式：它是用安装在分切机上的气缸连接浮动辊带动角位移传感器来检测张力变化的。当张力稳定时，原料上的张力与气缸作用力保持平衡，使浮动辊处于中央位置。当张力发生变化时，张力与气缸作用力的平衡被破坏，浮动辊位置会上升或下降，此时摆杆将绕一点转动并带动浮动辊角位移传感

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 2

2．2 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

张力辊组及其控制

张力辊组及其控制 黄海生 （江西新余钢铁有限责任公司，江西 新余338001） 摘要：本文通过张力辊组的受力分析与计算，张力辊组的工作状态分析，阐述张力辊组的控制方法。关键词： 张力辊组；计算；控制 Bridle Roll and it’s control Huang Hai sheng (Xinyu Iron&Steel Co.Ltd.,Xinyu 338001,China) Abstract ：This test expatiate method of control for Bridle roll according to stress analyse and calculate of Bridle roll ，operating state analyse of Bridle roll. Key words ：Bridle roll ；Calculate ；Control 1前言 张力辊组又叫张紧辊组，俗称S 辊，在带材的连续生产线上有着广泛的应用，如冷带的酸轧联机、连退、镀锌、重卷、彩涂等机组，张力辊组的作用是在带材的连续生产线上实现张力的分隔和调节。张力辊工作原理：带钢包绕在张力辊上，在其包绕接触处（即包角处）产生摩擦力，使出口与入口产生张力差，由此改变张力辊入口或出口带钢的张力值，对机组实现张力控制。 2张力辊组的受力分析与计算 2.1张力辊的受力分析 张力辊组的受力如下图 1 图1张力辊组受力分析图 带钢运动速度和方向如图1中V，以1号张力辊为例，张力辊入口所受的力为带钢的张力T1、钢带运动的离心拉力T 离，钢带弹塑拉力T 弹塑；出口所受的力是张力T、钢带弹塑拉力T 弹塑、钢带运动 的离心拉力T 离，当然还有机械传动如轴承的摩擦力，在图中未画出。图1中T 弹塑实线部分受力为张力辊处于电动状态，虚线部分受力为张力辊处于发电状态。2号张力辊入口和出口的受力与1号张力辊相同。 2.2张力辊组的计算 张力辊的计算主要包括张力辊几何尺寸计算、张力的计算、张力辊传动力矩、传动功率的计算等。2.2.1张力辊几何尺寸的确定 张力辊辊径的选择，应以带钢最外层表面达到屈服极限为出发点，这样可防止带钢出现永久变形，张力辊的最小半径为: （1） 式中：D 为张力辊辊径（mm）；E 为带钢弹性模量（MP a ）；h max 为带钢最大厚度（mm）；σs 为带钢屈服极限（MP a ） 辊身尺寸依据带钢的宽度选取，通常是带宽加200~300mm。 张力辊组的辊径大小对设备成本有较大影响，因为所要求的张力转矩等或电机输出转矩随辊子直径的增大而增大，传动设备的投资成本也随之增加。2.2.2张力及传动力矩计算 根据欧拉公式可计算出张力T ，张力辊组传动力矩M 为张力辊出入口综合张力差与张力辊半径的乘积，如图1受力分析 张力辊处于电动状态（T

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商业轮转机的张力控制详解 前言：随着商业印刷市场的扩展，商业轮转机在商业印刷中表现出来了越来越重要的作用，但也给商业轮转机印刷质量和精度提出了更高的要求。轮转印刷过程中通常由于张力的影响使印刷品套印和折页不准，给印刷带来很多不良品，从而影响生产成本和市场的信誉。下文以桑拿C800为例分析商业轮转印刷张力控。 C800商业轮转印刷的显著特点是纸带从开卷到进入折页滚筒都是在绷紧状态下完成的，套准、烘干、冷却、加湿及裁切等前后纸带长度上百米，因此纸带张力稳定是保证正常印刷的首要条件现从五个方面分析纸带的张力控制。 送纸部分：送纸部分从纸的入口到印刷单元包括了一次张力和二次张力，一次张力采用的是轴制动方式，在纸卷芯部轴端设置刹车片和刹车盘，通过气压方式加载制动力，即气动式张力控制系统。保证纸卷以平稳的速度放纸，并通过浮动机构及张力检测电路，消除或减轻由于纸卷不圆、偏心、一头松、一头紧等本身原因造成的张力波动，并可在印刷过程中对纸卷不断变小引起的张力变化进行自动调整。如（图一） 图一：1纸筒也是张力控制器所在、2和4导纸棍、3浮动机构 电器控制原理图如（图二）

分析：供纸部的张力控制部分由刹车片、制动器、浮动辊等组成，为了使纸带张力保持恒定，纸卷制动器必须能够根据纸带张力的波动情况自动进行调整以保证纸带匀速、平稳地进入印刷装置。在机器平稳运行过程中，应保证纸带张力稳定在给定值上，在启动和刹车时防止纸带过载和随意松卷。在印刷过程中，随着纸卷直径不断减小，为保持纸带张力的恒定，需要对制动力矩进行相应的调整。在印刷过程中，纸带的线速度保持不变，而纸卷的角速度却随着纸卷直径的减小不断增大。在不考虑由角加速度产生的惯性力矩和阻力矩的前提下，为保证纸带稳定运行，应该满足下面的条件：F X R= T X r F为纸带张力，R为纸卷半径，T为纸卷轴芯的制动力，r为纸卷轴芯制动力半径。可以看出，随着纸卷半径的减小，如果不改变制动力的大小，纸带所受到的张力会越来越大，最终会使纸带被拉断。因此，在保持纸带张力稳定的前提下，随着纸卷半径的减小，制动力必须按照一定的规律随之减小。简而言之，就是刹车片与刹车盘接触后产生一定的摩擦力，从而使纸带具有一定的张力，浮动辊在张力的作用下产生摆动，通过一个电子检测元件将张力的变化转化为电信号，控制刹车盘电压，从而达到控制摩擦力大小的目的，实现纸带张力的自动控制。刹车片与刹车盘的间距应在1?2mm之间。 二次张力为无级变速控制：无级变速控制是通过电机的转速来控制张力的大小其控制原理图如（图三） 图三中：1铬棍、2电机传动的胶棍（又叫送纸棍）、3和4导纸棍、5浮动

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气动张力控制系统的建模与仿真 摘要：本文简单介绍了张力控制的相关知识及气动张力控制系统的组成及工作原理，并对张力控制系统的收卷控制部分进行了数学建模与仿真。建立了比例压力阀控缸开环系统的简化模型，采用PID控制方法，在Matlab仿真平台进行系统模型仿真，得到了系统仿真曲线。 关键词：张力控制气动比例控制系统建模与仿真 近年来，气动技术以其自身独特的传动方式和优点，如清洁、结构简单、气体来源充足和成本相对较低，已在工业自动化领域广泛应用。将气动技术应用于恒张力控制系统已成为一个重要研究领域，PID控制，现代控制理论，智能控制等都被应用到气动系统的控制中。但是气动控制系统，由于气体的可压缩性，阀口非线性及气缸摩擦力等因素的影响，导致了气动伺服系统的强非线性、固有频率低、刚度小、阻尼小等特点，要得到满意的控制伺服系统比较困难。要对气动伺服控制系统进行分析和研究，一般需要首先建立该控制系统的数学模型。 本文通过介绍张力控制的相关知识及气动比例控制系统原理与组成，针对张力控制系统的收卷控制部分建立简单的比例压力阀控缸开环控制系统的数学模型，并在Matlab环境下进行了仿真。 一、张力控制的基础知识 张力控制，简单地说就是要控制物体在设备上输送时物体上相互拉长或绷紧的力。张力控制系统往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，主要应用于造纸、纺织、薄膜、电线等轻工业中，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。在带材或线材的收卷和放卷过程中，为保证生生产的质量和效率，保持恒定张力是很重要的。 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。 1.典型收卷张力控制示意图

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。

拉矫机前后张力辊驱动方式的比较

独立电控式张力辊驱动与机械组合式张力辊驱动的比较 在冷轧薄板生产线上的拉伸矫正工序中，目前普遍采用的张力辊驱动方式有两种：独立电控式张力辊驱动与机械组合式张力辊驱动。下面就两种方式进行计算比较： 技术数据要求 图1：张力拉伸工作原理示意图及所要求技术数据 一.独立电控式(Briddle) Roll2 Roll1 Roll4 Roll3 图2：独立电控式张力辊驱动示意图 如图2，4个辊的转速关系由控制器实现。如果电机额定转速按1500rpm计算，

减速机采用Eisenbeiss模块化设计标准减速机，工矿系数按1.85,主要技术数 据计算结果如下： 以Roll2为例,演示以上数据计算过程: 电机计算功率:考虑扭矩要求及交流电机调速恒扭矩特性,应以n 2max 为计算依据: P=-95500×82.32/9550=-823Kw 减速机计算传动比:I=1500/82.32=18.22 查表得标准传动比 17.917 二级传动 减速机规格: 减速机所需最小扭矩 T 2 ×1.85=95500×1.85=177KNm 查表选D500规格 电机转速范围: n 1min =n 2min ×17.917=76.52×17.917=1371rpm n 1max =n 2max ×17.917=82.32×17.917=1475rpm 主驱动电机+ 控制器 其他辊的数据计算以此类推. 此种传动方式下总功耗: ΣP=-823-442+597+1148=480Kw 二.机械组合式(Tension Leveller) 辅助电机+控制器 轴3 轴2轴1轴4 行星差 动减速 机 Roll2 Roll1 Roll4 Roll3 图3：机械组合式张力辊驱动示意图 如图3所示，4个辊的转速关系由主电机传动与辅助电机传动控制实现。电机额

张力辊计算

1张力辊直径计算 原则：带钢缠绕在张力辊上不产生塑性弯曲变形，即按厚带材绕过张力辊的弯矩小于或等于带材的弹性极限弯矩计算辊径。 计算公式如下： 参数：D h Eσs 单位：mm mm MPa MPa 计算值：1276.596 1.5200000235 计算值：857.1429 1.5200000350 计算值：600 1.5200000500 D：张力辊辊径。 h：钢板厚度。 E：带钢的弹性模量。 σs:带钢的屈服强度。 说明：1).由上述计算可以发现，带钢规格相同，屈服强度越高需要的辊径越小。这正是带退火炉的热镀锌线入口张力辊径小，出口张力辊径大的原因。 2).带钢经过张力辊不产生塑性变形的要求是相对的，为了不使辊径过大，实际生产中允许部分厚规格产品产生塑性变形。 3).根据产品规格不同，热镀锌及酸洗冷轧生产线常用的张力辊辊径范围是500～1200mm。 4).在实际生产中，最大带钢厚度为1.2mm的镀锌线，张力辊辊径通常选取为550～650mm；拉矫机张力辊径650～700mm； 最大带钢厚度为1.5mm的镀锌线，张力辊辊径通常选取为600～700mm；拉矫机张力辊径800mm； 最大带钢厚度为2.0mm的镀锌线，张力辊辊径通常选取为800～1000mm；拉矫机张力辊径1000～1200mm； 5).根据我公司的现有设计，张力辊辊径选取系列为：560mm；650mm；800mm；900mm；1000mm；1200mm。 6).辊身长度依据带钢的宽度选取，通常是带宽加200～300mm，常用的宽度系列是1000mm；1300mm；1500mm。 2张力辊允许产生的张力 说明带钢经过张力辊后，张力值可以得到放大，放大的量取决于张力辊的结构、辊面材质、传动功率等， 张力放大系数λ是张力辊的张力放大能力，是张力计算的重要参数。 参数：λμαμ*α 单位：弧度 计算值： 1.460.1 3.780.378 计算值： 1.760.15 3.780.567 计算值： 1.970.18 3.780.6804 μ：带钢与张力辊之间的摩擦系数；采用钢辊时取0.1～0.15；采用衬胶辊时取0.18～0.25；带钢表面有油时，摩擦系数降低。 α：带钢在张力辊上的包角。图一张力辊1#辊包角为180+61度=241度=4.2弧度。计算时取0.9的利用系数。 λ：张力辊传动带钢，保证带钢不打滑可能产生的张力放大倍数。这是可能产生的放大倍数，张力辊实际放大能力取决于传动功率，但是传动能力超过此范围也没有意义。 见图一 如果进入张力辊1#辊之前的带钢张力为F1，1#、2#辊之间的张力为F2，2#辊出口的张力为F3，如果两辊包角相同则：F2=F1*λ F3=F2*λ 如果每个辊子的包角不同，则分别使用不同的λ1和λ2进行计算。 说明：在设计中通常知道F1和F3，计算需要的辊子数量及包角，以此为依据设计张力辊的结构。 3张力辊的传动功率计算 张力辊的传动功率需要考虑三个方面：张力放大需要的功率、辊子摩擦损耗功率和弯曲变形损耗功率。 张力放大需要的功率： W1=(F2-F1)*v/η v：带钢速度 η:传动效率，通常取0.85-0.9。 辊子摩擦损耗功率： 图一1#辊子承受带钢的拉力应该是F1与F2的合力，其根据结构设计不同，其最大力为F1+F2。 辊子的摩擦力矩：M1=f*(d/2)*(F1+F2) 辊子摩擦损耗功率：W2=M1*ω/η M1:辊子的摩擦力矩 f：张力辊轴承摩擦系数 d:张力辊轴承平均直径 ω:张力辊的角速度

商业轮转机的张力控制详细讲解

商业轮转机的力控制详解 前言：随着商业印刷市场的扩展，商业轮转机在商业印刷中表现出来了越来越重要的作用，但也给商业轮转机印刷质量和精度提出了更高的要求。轮转印刷过程常由于力的影响使印刷品套印和折页不准，给印刷带来很多不良品，从而影响生产成本和市场的信誉。下文以桑拿C800为例分析商业轮转印刷力控。 C800商业轮转印刷的显著特点是纸带从开卷到进入折页滚筒都是在绷紧状态下完成的，套准、烘干、冷却、加湿及裁切等前后纸带长度上百米，因此纸带力稳定是保证正常印刷的首要条件现从五个方面分析纸带的力控制。 送纸部分：送纸部分从纸的入口到印刷单元包括了一次力和二次力，一次力采用的是轴制动方式，在纸卷芯部轴端设置刹车片和刹车盘，通过气压方式加载制动力，即气动式力控制系统。保证纸卷以平稳的速度放纸，并通过浮动机构及力检测电路，消除或减轻由于纸卷不圆、偏心、一头松、一头紧等本身原因造成的力波动，并可在印刷过程中对纸卷不断变小引起的力变化进行自动调整。如（图一） 图一：1纸筒也是力控制器所在、2和4导纸棍、3浮动机构。

电器控制原理图如（图二） 分析：供纸部的力控制部分由刹车片、制动器、浮动辊等组成，为了使纸带力保持恒定，纸卷制动器必须能够根据纸带力的波动情况自动进行调整以保证纸带匀速、平稳地进入印刷装置。在机器平稳运行过程中，应保证纸带力稳定在给定值上，在启动和刹车时防止纸带过载和随意松卷。在印刷过程中，随着纸卷直径不断减小，为保持纸带力的恒定，需要对制动力矩进行相应的调整。在印刷过程中，纸带的线速度保持不变，而纸卷的角速度却随着纸卷直径的减小不断增大。在不考虑由角加速度产生的惯性力矩和阻力矩的前提下，为保证纸带稳定运行，应该满足下面的条件：F×R＝T×r F为纸带力，R为纸卷半径，T为纸卷轴芯的制动力，r为纸卷轴芯制动力半径。可以看出，随着纸卷半径的减小，如果不改变制动力的大小，纸带所受到的力会越来越大，最终会使纸带被拉断。因此，在保持纸带力稳定的前提下，随着纸卷半径的减小，制动力必须按照一定的规律随之减小。简而言之，就是刹车片与刹车盘接触后产生一定的摩擦力，从而使纸带具有一定的力，浮动辊在力的作用下产生摆动，通过一个电子检测元件将力的变化转化为电信号，控制刹车盘电压，从而达到控制摩擦力大小的目的，实现纸带力的自动控制。刹车片与刹车盘的间距应在1～2mm之间。 二次力为无级变速控制：无级变速控制是通过电机的转速来控制力的大小其控制原理图如（图三）

分切机的张力控制

分切机的张力控制 铝箔经过印刷涂布后需要在分切机上进行印后分切，将大卷半成品裁切成所要求的规格尺寸，在分切机上运转分切的半成品是一个放卷与收卷的工艺过程，此过程包括机器的运转速度控制与张力控制两个部分。所谓张力是为了牵引铝箔并将其按标准卷到卷芯上，必须给铝箔施加一定的拉伸并张紧的牵引力，其中张紧铝箔控制力即为张力。张力控制是指能够持久地控制铝箔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，它也有能力保证铝箔不产生丝毫破损。分切机张力控制基本为手动张力控制，自动张力控制。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。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，以达到稳定张力的目的。设备收卷与放卷张力设置的大小直接影响产品的成品率，张力过大，收卷过紧，铝箔易产生皱纹I张力不足，铝箔容易在卷上产生轴上滑移严重错位，以至造成无法卸卷，并造成分切时放卷轴产生大幅度摆动，影响分切质量，所以分切机必须具有良好的张力检测系统。 1．分切机放卷张力检测系统： (1)张力传感器检测它是对张力直接检测，与机械紧密结合在一起，设有移动部件的检测方式。通常两个传感器配对使用，将它们装在检测导辊两侧的端轴上。料带通过检测导辊两侧的施加负载，使张力传感器敏感元件产生位移或变形，从而检测出实际张力值，并将此张力数据转换成张力信号反馈给张力控制器， （2）浮动辊间接张力检测系统：在铝箔跟踪辊前装一套浮动辊，浮动辊的位置用一个电位器进行检测，张力控制的方式是靠维持浮动辊的位置不变来保持张力恒定； （3）用磁粉离合器控制输入收卷辊的转动力矩来达到张力控制：磁粉离合器由主动部分和从动部分组成，通过万向联轴器等传动机构与收卷辊相连，中间填入微细铁磁粉作为力矩传递媒介。在激磁线圈中通入一定电流而形成磁场，磁粉被磁化。磁化后的磁粉互相吸引而形成链条状排列，主动部分以恒速转动时，破坏磁粉之间的联接力而形成圆周切向力，该切向力与磁粉圈半径的乘积便是驱动从动部分收卷的转动力矩，实现在连续的转动中将输出力矩从主动部分耦合到从动部分，从而达到控制张力的目的： （4）分切放卷能力与速度张力检测系统主要采用磁粉张力制动来控制放卷速度，其工作原理为，在磁粉制动器中安装有连轴器，以及带有磁性线圈的输入部件和输出部件。在磁性线圈下面是一环形沟槽，沟槽的下面是一环形转子即输

张力控制技术调研报告

张力控制资料调研报告 一调研目的 掌握张力控制行业的最新动态，找出能应用于公司产品生产的技术，为无捻粗纱自动化研究项目以及后续相关研究奠定基础。 二调研内容 搜集关于张力控制的产品、系统、原理等，并明确其应用领域。 三调研方式 网络搜集资料 四调研结果 1 张力控制概念 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。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。 无论多么复杂的系统，其张力控制的原理都是大同小异的。张力控制装置整体可以分为3部分。 1)张力/速度检测装置 2)控制装置 3)执行机构及驱动器 在实际生产中，实现卷绕张力的方法主要有3种：

1)直接法：直接采用张力传感器测量物料的张力，构成张力闭环控制；或者直 接检测物料的线速度，构成速度闭环控制。 2)间接法：造成张力或者线速度变化的主要因素是物料卷经的变化，因此可以 采用扰动补偿控制。 3)复合法：结合上述两种方法。 2 张力控制的分类 2.1按控制方式分类 1)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。 2)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，3)以控制收卷转矩或放卷制动转矩，从而调整料带的张力。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。 4)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。 5)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。 2.2按张力控制器分类 1)机械式张力控制器：通过机械结构实现张力控制，其结构简单，容易制造， 张力值不能自动设置，控制精度低。 2)电控式张力控制器：由电子元件组成的模拟电子控制系统，其控制能力强， 精度高于机械式控制器，抗外界干扰能力弱。

薄膜收卷机的操作机理及张力控制

1张力检测辊 此辊是控制薄膜收卷时合理张力的主要部件，通常薄膜的张力通过张力辊两端轴承下方的压力传感器进行检测，检测的信号通过电子线路，控制收卷电机的转速，以保证适当的收卷张力。 2展平辊 使薄膜展平，消除薄膜在拉伸应力作用下产生的一些纵向皱纹。 3跟踪辊 在收卷机卷芯的前面装有一个可以改变位置的跟踪辊（也称压紧辊），其主要作用是将薄膜压靠在收卷卷芯上，实行接触收卷或小间隙收卷，以将平整的薄膜迅速地转到卷芯上，实现平整收卷的目的。同时，借助跟踪辊对母卷施加一定的压力，及时排除收卷时膜层间的空气，使母卷不变松。一般使用跟踪辊后母卷中的空气含量可减至12%～18%。 4收卷辊 由收卷电机驱动，收卷速度的控制系统与拉伸机的驱动系统联网，与拉伸机同步，受张力控制器的反馈控制。 5转盘与空卷芯 当薄膜卷满一个芯轴后，不答应停机更换卷芯，因此转盘转回180°，母卷转离出来，空卷芯进入收卷位置，然后切断薄膜，将薄膜贴在新的卷芯上，继续进行收卷。 二、薄膜张力对收卷质量的影响 为了牵引薄膜并将其卷到卷芯上，必须给薄膜施加一定拉伸并张紧的牵引力，其中张紧薄膜的力即为张力。通常由于薄膜的材料厚度及性能不同，以及选用的收卷方式也有不同，张力的大小可设定为100～600N之间。 收卷张力的大小直接影响产品收卷的质量及收得率。张力过大，收卷过紧，薄膜轻易产生皱纹；张力不足，带入膜层的空气量过多，母卷薄膜的密度小，薄膜轻易在芯卷上产生轴向滑移及严重的错位，以至造成无法卸卷。分切时放卷轴产生大幅度摆动，影响分切薄膜的质量。所以收卷机必须具有良好的张力控制系统。

收卷辊的控制主要包括速度控制和张力控制两部分。薄膜收卷时，随着母卷直径增大，假如收卷辊的转速仍然不变，则随着收卷线速度的增大，必然引起收卷张力的递增，（因为从牵引装置送出的薄膜速度是不变的），这样不仅会造成膜卷的内松外紧，外层薄膜把内层薄膜压皱，而且分切时也会增加复卷难度，影响分切质量。因此，收卷辊的收卷转速必须随着母卷直径的增大而减小。 收卷辊的控制方案主要有以下三种： 1采用张力传感器直接进行张力检测的控制方案 张力传感器安装在张力检测辊的轴承下面，将检测到的薄膜张力转换成电信号，送到张力调节器中，与原设定的张力信号比较后，进行ＰＩＤ计算，然后输入收卷电机控制器，达到控制收卷辊转速的目的。 一般收卷辊的线速度设定为牵引机输出速度的105%～110%，实际上，由于薄膜的弹性及张力力矩的影响，收卷辊的线速度不会超过牵引机的输出速度。这种方案的优点是控制精度高，动态性能好，适用范围广。 2采用浮动辊间接进行张力检测的控制方案 本方案是在跟踪辊前装一套浮动辊，浮动辊的位置用一个电位器进行检测，张力控制的方式是靠维持浮动辊的位置尽量不变来保持张力的恒定。由于机械结构较复杂，所以很少采用。 3采用磁粉离合器控制输入收卷辊的转动力矩，以达到张力稳定的控制方案磁粉离合器由主动部分和从动部分组成，通过万向联轴器等传动机构与收卷辊相连，中间填入微细铁磁粉作为力矩传递媒介。激磁线圈通入一定电流形成磁场。磁粉被磁化。磁化后的磁粉互相吸引而形成链条状排列。主动部分以恒速转动时，破坏磁粉链之间的联接力而形成圆周切向力。该切向力与磁粉圈半径的乘积便是驱动从动部分收卷的转动力矩，实现在连续的转动中将输出力矩从主动部分耦合到从动部分。 若给定激磁电流不变，则输出转矩： Ｍ＝ｒ·∑τ＝常数 式中：ｒ磁粉离合器磁粉圈半径； τ磁粉链形成的切向阻力。 而薄膜张力为：Ｆ＝Ｍ／Ｐ＝ｒ·∑τ／ρ 式中：ρ膜卷半径。

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 浮动辊 F 牵引辊 收卷 图2 带浮动辊张力反馈 收卷 F 牵引辊 图1 无张力反馈 3 2．2 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4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。 该控制模式的原理是通过材料线速度与实际卷径计算一个匹配频率

薄膜收卷机的操作机理及张力控制

一、薄膜收卷的机理 1 张力检测辊 此辊是控制薄膜收卷时合理张力的主要部件，通常薄膜的张力通过张力辊两端轴承下方的压力传感器进行检测，检测的信号通过电子线路，控制收卷电机的转速，以保证适当的收卷张力。 2 展平辊 使薄膜展平，消除薄膜在拉伸应力作用下产生的一些纵向皱纹。 3 跟踪辊 在收卷机卷芯的前面装有一个可以改变位置的跟踪辊（也称压紧辊），其主要作用是将薄膜压靠在收卷卷芯上，实行接触收卷或小间隙收卷，以将平整的薄膜迅速地转到卷芯上，实现平整收卷的目的。同时，借助跟踪辊对母卷施加一定的压力，及时排除收卷时膜层间的空气，使母卷不变松。一般使用跟踪辊后母卷中的空气含量可减至12%～18%。 4 收卷辊 由收卷电机驱动，收卷速度的控制系统与拉伸机的驱动系统联网，与拉伸机同步，受张力控制器的反馈控制。 5 转盘与空卷芯 当薄膜卷满一个芯轴后，不允许停机更换卷芯，因此转盘转回180°，母卷转离出来，空卷芯进入收卷位置，然后切断薄膜，将薄膜贴在新的卷芯上，继续进行收卷。 二、薄膜张力对收卷质量的影响 为了牵引薄膜并将其卷到卷芯上，必须给薄膜施加一定拉伸并张紧的牵引力，其中张紧薄膜的力即为张力。通常由于薄膜的材料厚度及性能不同，以及选用的收卷方式也有不同，张力的大小可设定为100～600N之间。 收卷张力的大小直接影响产品收卷的质量及收得率。张力过大，收卷过紧，薄膜容易产生皱纹；张力不足，带入膜层的空气量过多，母卷薄膜的密度小，薄膜容易在芯卷上产生轴向滑移及严重的错位，以至造成无法卸卷。分切时放卷轴产生大幅度摆动，影响分切薄膜的质量。所以收卷机必须具有良好的张力控制系统。 三、收卷辊的控制系统 收卷辊的控制主要包括速度控制和张力控制两部分。薄膜收卷时，随着母卷直径增大，如果收卷辊的转速仍然不变，则随着收卷线速度的增大，必然引起收卷张力的递增，（因为从牵引装置送出的薄膜速度是不变的），这样不仅会造成膜卷的内松外紧，外层薄膜把内层薄膜压皱，而且分切时也会增加复卷难度，影响分切质量。因此，收卷辊的收卷转速必须随着母卷直径的增大而减小。 收卷辊的控制方案主要有以下三种： 1 采用张力传感器直接进行张力检测的控制方案 张力传感器安装在张力检测辊的轴承下面，将检测到的薄膜张力转换成电信号，送到张力调节器中，与原设定的张力信号比较后，进行ＰＩＤ计算，然后输入收卷电机控制器，达到控制收卷辊转速的目的。 一般收卷辊的线速度设定为牵引机输出速度的105%～110%，实际上，由于薄膜的弹性及张力力矩的影响，收卷辊的线速度不会超过牵引机的输出速度。这种方案的优点是控制精度高，动态性能好，适用范围广。 2 采用浮动辊间接进行张力检测的控制方案 本方案是在跟踪辊前装一套浮动辊，浮动辊的位置用一个电位器进行检测，张力控制的方式是靠维持浮动辊的位置尽量不变来保持张力的恒定。由于机械结构较复杂，所以很少采用。

张力控制系统分析

20世纪60年代，特别是80年代以来，随着电力电子技术、现代控制理论、计算机技术和微电子技术的发展，逐步形成了集多种高新技术于一身的现代电气传动技术。高精度、高可靠性的变频调速系统，凸显了交流异步电动机结构简单、价格便宜、工作可靠和维护方便等优点，为冶金处理线的张力控制技术的发展提供了强有力的保证。 2 带钢张力的作用 采用张力控制防止带钢堆拉现象发生，同时，张力在生产过程中也发挥着十分重要的作用，主要表现在以下几个方面[1]： 2.1 防止带钢跑偏 在实际生产过程中，由于各种因素的影响，带钢在运行过程中容易发生跑偏，而且会随着运行而越来越严重。为了防止跑偏，可以采用纠偏辊或八字辊，但这两种方法都有一定的时滞，有一定的局限性。而适当调节张力值，维持张力稳定，带钢可以在一定的张力作用下平稳的运行，张力反映迅速，无时滞，所以是防止带钢跑偏的有效方法。 2.2 有利于控制带钢的板形 板形是衡量带钢质量的重要指标，板形良好指的就是带钢的平制度好，如边部起浪，中部浪皱等，这主要是由于变形不均匀，使带钢中的残余应力超出了稳定所允许的拉应力。当采用微张力控制时，使带钢沿宽度方向上的拉力不超过所允许的拉应力，由此来保持带钢板形的平直。 2.3 有利于控制加热面积的控制 炉区的入口段是预热炉，里面没有炉棍，是一段悬空的带钢。两边喷嘴加热带钢。利用张力可以调节带钢的悬垂度，保证在预热炉内的带钢充分加热。此外，张力在煅烧过程中可以适当调节张力辊电机的负荷。可见张力控制对于正常生产是非常重要的的保证。而通过张力产生的原理分析，我们可以找出控制或影响张力的有关原因。 3 带钢张力控制方案 以冶金处理线的控制为例，介绍具体控制方案。 图 1表示了一条简单处理线的主要传动设备，由开卷机、卷取机、活套和若干张力辊组成。开卷机，卷取机，活套分别建立各段张力，张力辊根据工艺需要分断上下游张力。处理段br2参与tm1(张力计)的直接张力控制，其他张力辊作为各速度区域(活套将全线分成入口、中部、尾部三段)的速度基准[2]。图上红色表示主速度辊。针对不同的控制对象，我们采取不同的传动方案。 图1 带钢处理线 3.1 主速度辊控制 主速度辊控制如图2所示。转速设定与编码器负反馈比较后，经过速度环pi调节，作为转矩给定输入电机模型，电机模型再通过矢量控制法对马达进行控制。其中 a为附加转矩，b为转矩限幅。以br1为例，它需要分断开卷张力和活套张力，而且是入口段的速度基准。因为主要任务是保证入口速度按设定运行，它应采取纯速度控制方案。见图1：其中a处附加转矩可以作为预设值放在速度调节器的后面，使得马达启动时按我们计算的转矩运行，速度调节器再此基础上微调，保证速度的精确性。在实际应用中，我们可以将加速度、摩擦力等损失以及上下游张力差经过计算后作为预设值。这样可以大幅度提高生产线启动过程的