卷绕头恒张力控制系统

收稿日期：2012-03-21。

作者简介：吴国平（1967-），男，陕西咸阳人，高级工程师，硕士，从事计算机软件和自动化设备开发工作。

doi ：10．3969/j．issn．1008-8261．2012．03.017卷绕头恒张力控制系统吴国平1，魏丹彤2，徐洁1（1.辽宁银珠化纺集团有限公司，辽宁营口115001；2.营口华方时代科技有限公司，辽宁营口115001）摘要：主要介绍恒张力控制变频收卷系统的原理、卷绕过程中生产工艺的要求，以及控制系统调试中应注意问题。

关键词：化纤；卷绕装置；恒张力控制系统中图分类号：TQ340．651；TP273．5文献标识码：B文章编号：1008-8261（2012）03-0053-030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，收卷的卷径由小到大变化的，为了保证恒张力，所以要求电机的输出转矩要由小到大变化。

同时在不同的操作过程，要进行相应的转矩补偿。

即小卷启动的瞬间、加速、减速、停车。

大卷启动时，要在不同卷径时进行不同的转矩补偿，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。

其实就是要求控制线速度恒定。

1张力控制变频收卷的应用及工艺要求1．1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1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。

1．2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。

（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，能显示实际卷径的大小。

1．3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；（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，将直接影响纱的品质。

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。

改造周期短，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。

2变频收卷的控制原理2．1控制原理卷绕装置线缆的张力恒定是通过对线速度υ的控制来实现的。

所以该卷绕装置变频控制系统以线速度υ作为直接的控制对象，通过闭环PI 控制使它保持恒定，从而达到线缆张力稳定的最终目的。

该控制系统的原理如图1所示。

第25卷第3期2012-05聚酯工业Polyester Industry Vol．25No．3May 2012图1卷绕装置恒线速度控制系统原理图Fig．1Winding device constant line speedcontrol system principle diagram电位器送入的线速度给定信号（0 10V）在变频器内部被换算成转速信号，脉冲编码器反馈的脉冲信号也同样需要被换算为相对应的转速信号。

然后2个量进行比较，再经过内置的PI调节，最后输出相应的控制量改变卷绕电机M1的转速n1，使线缆的线速度υ迅速稳定在给定值。

在使用时，用户可以根据需要通过电位器灵活调整所需要的线速度υ的值。

0 10V对应0 vmax。

该装置只需要单相编码器即可。

如果安装的是双相编码器，实际使用中只需要接入其中一相的信号。

另外，因为EV1000本身提供了24V DC的电源，所以编码器尽量选择可使用该电源的型号，以进一步降低系统的设备成本。

该装置中控制卷绕电机M1的EV1000变频器控制回路接线示意图如图2所示。

图2卷绕电机M1变频器控制回路的接线示意图Fig．2Connection schematic diagram of windingmotor M1inverter control loop2．2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的滑动摩擦转矩，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。

总之，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调试过程（1）先对电机进行自整定，将电机的定子电感、定子电阻等参数读入变频器。

（2）将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的圈数。

然后用面板给定频率和启停控制，观察显示的运行频率是否在设定频率的左右波动。

因为运用闭环矢量控制时，运行频率总是接近设定频率，所以运行频率是在设定频率的附近波动的。

（3）在程序中设定空芯卷径和最大卷径的数值。

通过前面卷径计算的公式算出电机尾部所加编码器产生的最大脉冲量和最小脉冲量。

通过算出的最大脉冲量对收卷电机的速度进行限定，因为变频器用作张力控制时，如果不对最高速进行限定，一旦出现断纱等情况，收卷电机会飞车的。

最小脉冲量是为了避免收卷变频器运行在2Hz以下，因为变频器在2Hz以下运行时，电机的转矩特性很差，会出现抖动的现象。

4结语恒张力控制系统广泛应用于化纤行业纺丝卷绕系统中，恒张力系统的控制精度直接影响着产品品质和卷筒成形，是化纤行业控制技术的核心技术。

特别是在卷绕设备国产化的今天，这项技术得到越45聚酯工业第25卷来越多的应用。

在实际应用过程中特别是卷筒自动切换过程中保持张力平稳更是重中之重，切换成功率问题已经成为国产卷绕设备与进口卷绕设备的区别之一。

Constant tension control system of winding headWU Guo-ping 1，WEI Dan-tong 2，XU Jie 1（1.Liaoning Yinzhu Chem-Tex Group Co．Ltd.，Yingkou 115001，China ；2.Yingkou Huafang Age Science and Technology Co．Ltd.115001，China ；）Abstract ：The principle of constant tension control frequency conversion roll-up system ，the production process re-quirements during winding process and the points for attention in control system debugging were introduced Key words ：Chemical fiber ；winding device ；欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍constant tension control system"十二五"期间我国对苯二甲酸项目新建或扩建情况企业名称新增产能/（万t ·a －1）备注江苏汉邦（江阴）石化有限公司60．0已经于2011年一季度建成投产浙江逸盛石化有限公司150．0已经于2011年三季度建成投产江苏三房巷海伦石化有限公司120．0一期60．0万t /a 计划2012年投产，二期项目投产日期未确定。

河南洛阳龙宇化工有限公司90．0计划之中。

可能在2012年动工，2014年投产。

四川晟达化学新材料有限责任公司100．0拟建，以四川石化炼油与乙烯项目为依托，预计2014年初建成投产。

珠海BP 化工有限公司145．0其中20万t /a 扩能项目计划在2012年第一季度完成；125．0万t /a 新建项目计划在2014年建成投产。

逸盛大化（大连）石化有限公司50．0在建，计划在2012年建成投产。

翔鹭石化企业（漳州）有限公司150．0在建，该项目为腾龙芳烃（漳州）有限公司80．0万t /a 对二甲苯项目的下游配套项目，计划在2012年上半年建成投产。

中国石化仪征化纤股份有限公司100．0与台湾远东新世纪股份有限公司按40∶60股份合资，项目已经获得国家发改委批准，计划在2012年底或者2013年初建成投产。

盛虹集团江苏虹港石化有限公司150．0已经于2011年7月开工，计划于2013年上半年建成投产。

桐昆集团（嘉兴）石化有限公司80．0在建，项目计划在2012年底建成投产。

亚东石化（上海）有限公司90．0拟建，项目计划在2013年建成投产。

绍兴远东石化有限公司120．0拟建，项目计划在2013年建成投产。

台化兴业（宁波）有限公司150．0拟建，项目计划在2013年建成投产。

海南逸盛石化有限公司210．0拟建，项目为海南炼油化工有限公司60．0万t /a 对二甲苯项目的下游配套项目，计划在2013年建成投产。

福建石狮佳龙石化纺纤有限公司110．0拟建，项目计划在2013年底或2014年初建成投产。

恒力石化（大连）有限公司240．0拟建，计划在2014年建成投产。

宁波三菱化学有限公司120．0拟建，计划在2014年底建成投产。

合计2235．0（崔小明供稿）55第2期吴国平，等：卷绕头恒张力控制系统。