2---涂布机张力控制系统的研究

第5卷　第23期2015年8月

涂布机张力控制系统的研究

朱欣鑫

乐凯胶片股份有限公司光伏材料事业部　河北　071000

摘　要：张力控制系统是涂布机的关键技术，提高涂布机张力系统的稳定性以及国产化率是非常重要的，是提高国产涂布机质量且赶上世界先进水平的必要途径。本文主要对涂布机张力控制系统进行了分析研究。

关键词：涂布机；张力控制；系统设计中图分类号：C35　1　导言

在造纸、印刷、绷带、拉丝、轧钢等很多场合，为了提高产品的质量，要求保持材料张力的恒定，以纸卷为例，需要保持纸的张力恒定，也就是要保持纸的拉力恒定。早期卷绕系统中的收放卷生产系统存在一些缺点，比如机械结构复杂、控制精度不高等，直接影响到工厂生产的正常效率和产品质量。必须对卷绕系统的电气控制部分进行改造，使之具有先进可靠的控制和监测功能，以适应高效率安全生产的要求。

2　张力控制系统的工作原理及控制方式2.1张力控制系统的工作原理

在涂布机的张力控制系统中，PLC是整个系统的核心部分。工作时在触摸屏上设定工作参数，这些参数通过紫色电缆写到PLC 的相应寄存器。当设备运行速度发生变化以及收放卷材料的直径发生变化时，PLC中相应的寄存器数据也写入触摸屏中，由触摸屏显示出来。系统中主要执行元件的动作均由PLC 的输出点控制。PLC根据设计要求，时刻调整输出指令。其工作原理如图1

所示。

图1　涂布机控制系统工作原理

张力检测机构的工作通过摆辊和电位器来实现，摆辊和电位器通过齿轮来连接。当张力发生变化时，摆辊发生摆动，电位器的电压值随之发生变化。当张力设定值和张力的反馈值相同时，摆辊处在机械结构的中间位置，电位器P+和PG 之间的电压为+10V，P-和PG 之间的电压为-10V，U和PG 之间的电压为0V。当摆辊发生摆动时，电位器的值即U 和PG 之间的电压也发生相应的变化，达到张力检测的目的。控制执行机构随之发生相应的改变，从而达到控制张力稳定的目的。

2.2主要控制方式

张力控制系统的主要控制方式包括直接张力控制和间接张力控制两种。直接张力控制又称反馈控制，其利用张力传感器或摆辊位置检测器等进行实际张力检测，随后将测量值转换成反馈信号并与预定张力相比较，当二者出现偏差时，张力控制器给予相应的控制，使实际张力与预定张力相匹配，从而构成张力闭环系统。直接张力控制不必考虑各种调节补偿，可以

文献标识码：A

消除稳态误差，控制精度较高。这种控制方式是目前的主流方式。间接张力控制又称补偿控制，其可以对影响张力稳定的参数进行调节补偿，以避免将要出现的张力变化，间接地保持张力稳定。相比直接张力控制，间接张力控制的随机性较差，且控制精度较低。

3　系统设计3.1张力恒定

系统的目标张力通过DNC 气缸4和精密减压阀2组合得到。系统工作前，应首先调节精密减压阀2使DNC 气缸4后腔中的压力达到相应值，DNC气缸4的前腔排空。一旦系统工作，由于外界的挠动，导致纸张或布匹的张力变化，就会打破初始状态时的力学平衡，导致DNC 气缸移动。当DNC 气缸4后退时，为了确保后腔气压维持在设定压力，后腔气体必须快速排出；同样，DNC气缸1前进时，后腔中必须迅速充气，以维持后腔中压力恒定，即输出张力恒定。因此，在选择减压阀2时，其通气口径要远大于普通减压阀，以保证快速充排气，提高系统动态性能和响应频率，使执行元件的压力调节迅速，有效避免出现张力长时间过大或过小的不稳定现象。

3.2全自动张力控制系统设计3.2.1影响张力控制的因素

在卷染机械中影响张力F 的主要因素有卷轴的扭矩T 和卷径

D，三者之间关系如式（1）所示。

由式（1）可知，扭矩一定时，张力与卷径成反比，因此在放卷或者收卷时，为了确保张力恒定需要伴随卷径的变化改变扭矩。此外，引起张力变化的因素除卷径外，还有损失扭矩变动产生的影响，以及速度变化时惯性的影响。

3.2.2张力控制设计

介绍了张力控制的几种方式，如手动张力控制、卷径检测式张力控制（半自动控制）

、全自动控制（闭环控制）方式。

图2　全自动张力控制系统结构

在这几种控制系统中，全自动张力控制是反馈张力控制，与卷

径检测控制相比张力精度较高，本文的张力控制为全自动张力控制，系统结构如图2所示。

控制系统在硬件选择上采用三菱系列产品。（1）张力检测器选用三菱LX-050TD 型张力检测器，其中050为额定负载除以10后得到的数值，单位为N。因此该系统为500N 的额定负载量，检测器属于微偏位型张力检测器。

（2）张力控制器。张力控制器选用三菱的LE-40MTA-E 型。其工作原理为：张力控制器接收来自张力检测器的信号，自动控制织物的放卷、中间辅助轴和收卷时的材料张力。并针对执行机构发出0～24V 的控制电压。图6示出张力控制器与PLC 的CAD

接线图。

图3　张力控制器与PLC 的CAD 接线图

图3中FX3U-48MT 为48点的PLC 控制器，FX3U-4DA为PLC 的4通道模拟量输出模块，FX3U-4AD为PLC 的4通道模拟量输入模块。系统中有2个张力控制器，分别控制图2中滚筒1与滚筒2的张力。由于系统是对称结构，所以本文仅对张力控制器LE-40MTA-E（1）进行分析。PLC输出端Y0-Y3控制LE-40MTA-E（1）的MC1（运行/停止）、MC4（停止保持记忆复位）、MC5（控制模式1）、MC6（控制模式2）。FX3U-4DA的4个模拟量输出通道与控制器的模拟输入信号AI1（外部张力设定）、AIC（内部电阻）、AI2（功能设置）、AI3（功能设置）相

第5卷　第23期2015年8月

连。FX3U-ADA的4个模拟量输入通道与控制器的模拟输出信号SA（控制信号输出）、SN（选择信号）、AOC（张力显示输出）、TMO（张力显示输出）相连。

上述控制系统可以通过PLC 来实现模式的切换，从而实现恒线速度与恒转矩控制。由于PLC 本身也具有PID 算法，所以在系统改造中更加灵活多变，维护也更加方便。

3.2.3触摸屏界面设计

触摸屏控制模式选择界面中变频器速度控制按钮对应程序软元件为M300，而张力转矩控制按钮对应程序软元件为M400。张力控制模式界面中启动按钮对应程序软元件中的M1502，右放左收按钮对应程序软元件中的M1501，当M1501为OFF 时触摸屏显示右放左收，当M1501为ON 时显示为左放右收。速度控制模式界面中启动按钮对应程序软元件的M502，右放左收按钮对应程序软元件中的M501，当M501为OFF 时显示右放左收，当M501为ON 时显示左放左收。在触摸屏上还有循环/单动模式，手动调节模式，还有一个转速显示对应于程序软元件的D18。

4　结论

涂布机自动控制系统设计改造后系统的控制模式灵活方便，可以满足生产线上不同的工艺需求。实现企业智能控制管理，提高生产效率。本文控制系统的设计布线简单，控制系统的后期改造升级更为方便。

参考文献：

［1］岑耀东，陈林.热镀锌张力辊电机气动抱闸系统的改造［J］.轧钢，2012，29（1）：50－52.

［2］刘剑，刘苗生.瓦楞纸板生产线原纸恒张力运行的实现［J］.电气传动，2005，35（3）：43－44.

［3］张建成.气动比例阀［J］.机床与液压，1994（6）：325－327.

［4］李志.消除气动比例阀不灵敏区的方法探讨及软件补偿方法的应用［J］.机床与液压，2005（1）：212－214.

［5］李建国.基于PLC 的气动分拣装置控制系统设计［J］.液压与气动，2011（6）：83－85.

文章被我刊收录，以上为全文。

此文章编码：2015A　　　

11912