基于主从控制思想的入口张力辊控制系统的应用

恒张力控制系统

第一章设计说明 课题简介 设计一个恒张力收盘控制系统，就是要控制卷取物体时保持物体相互拉长或者绷紧的力。张力应用于最广泛的造纸、纤维、塑料薄膜、电线、印刷品、磁带等轻工业中，带材或线材的收放卷张力对产品的质量起着至关重要的作用。在收卷和放卷的过程中，为保证生产的质量及效率，保持恒定的张力是很重要的。本系统采用人及交互式的控制方法，由使用者输入设定张力值，通过磁粉制动器、传感器、转换芯片与单片机组成一个闭环系统，使张力恒定在设定值，达到恒张力控制的效果。 设计目的 通过本次课题设计，应用《单片机原理及应用》等所学相关知识及查阅资料，完成恒张力收盘控制系统的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。通过本次设计的训练，可以使我在基本思路和基本方法上对基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。 设计任务 在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计任务： 1、设计单片机系统原理图（A0，PROTEL/CAD或手画）； 2、编写系统程序（主程序+子程序）； 3、写设计说明书；（设计说明，程序流程图，程序）； 4、答辩（十九周周四下午两点）； 设计方法 由按键驱动单片机中断，进入按键及显示程序，通过使用者输入数据并通知在LED上显示，输入数据储存在相关区域内备之后使用，返回到主程序后单片机接受由力传感器产生的经AD转换芯片转换后的数字力信号，通过与之前设定值的比较计算，得出控制信号，经DA 转换芯片变为模拟电压信号输入磁粉制动器控制端。若没有键盘中断，则如此往复运行信号检测、运算、输出程序达到动态平衡。

全数字张力控制系统的研究

全数字张力控制系统的研究-机械制造论文 全数字张力控制系统的研究 陈杰金霍览宇 （湖南机电职业技术学院电气工程系，湖南长沙410151） 【摘要】本文研究了国内外张力控制系统的数字化发展趋势，并分析对比目前市面上各种张力控制系统的特点和不足，提出了基于通用PLC控制器和变频器为核心的全数字张力控制系统设计方案。 关键词数字化；张力控制系统；PLC；变频器 ※基金项目：湖南省2013年度教育厅科学研究项目（13C254）。 作者简介：陈杰金（1979.02—），女，吉林松原人，湖南机电职业技术学院电气系，讲师。 1 问题的提出 很多行业涉及到张力的控制，张力控制系统是以卷材为材料的生产机械上最重要的控制系统，在冶金、纺织、造纸、印染等许多行业应用广泛，各种产品如钢板、铝箔、布料、塑料薄膜、纸张等卷材，这些材料在加工过程中需要卷曲或者开卷等工序，如铝箔张力控制系统，铝带经过粗轧、精轧等多个工序，变为铝箔之后卷曲成一卷成品。这个过程中张力的控制非常重要，张力过大、过小都会造成卷材质量问题，导致成品率低，比如在放卷、收卷以及过程中，都要保持一定的张力（或者称之为拉伸力），过大的张力会导致材料变形、甚至断裂，而过小的张力又会松弛，导致褶皱，张力控制不稳也会造成不匀、切断长度不稳定等现象，所以必须对张力进行控制，保持张力恒定。由于张力会随着卷径而变化，而张力的变化对卷取效果会有很大影响。因此说恒张力控制是高精度卷取控制的关

键环节。 在某些某冶金企业中仍有为数不少的卷取张力控制设备，其张力控制系统仍采用传统的模拟电子插板式控制系统，以分立的电子器件控制，设备老化，故障频发，急需进行控制系统的升级改造。本文主要是针对这个问题，提出了基于PLC 和变频器为核心的恒张力的控制方案，以较低的成本和较好的控制效果，实现设备的价值再现。 2 国内外研究现状综述 目前高精度的张力控制均能采取闭环控制，通常根据控制方式可分为直接张力控制、间接张力控制和复合张力控制三种方式。直接张力控制，是构建张力闭环控制系统，利用张力检测元件的检测信号与给定张力值比较，通过张力调节器，驱动执行机构，调节张力辊的位移，进而达到控制张力的目的；间接张力控制则是对卷取张力建模，通过对卷取机构的转矩方程进行静态、动态分析，确定影响张力的相关因素（如电流、卷径等），进而对这些因素进行反馈控制（如电流反馈、反电势反馈、卷径反馈控制等），从而达到恒张力控制的目的。复合恒张力控制则是两者的结合。在间接张力控制方式的基础上，增加一个张力闭环，形成三环控制系统。近年来，国内外卷取张力控制现状主要有以下两个方面：（１）利用制动器（磁粉离合器）的励磁电流与输出力矩的线性关系，通过控制和调节磁粉离合器的励磁电流进而控制输出力矩，实现张力控制。这种方式主要应用在轻工业如纺织、印刷行业等，代表产品有三菱张力控制器、华纳张力控制器等等，市场上产品丰富。 （2）通过标准工艺张力控制板及附带的控制软件，通过交直流传动装置，完成张力控制中的动态力矩补偿、卷径计算、恒张力控制等功能，进而实现恒张力

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

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。

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

张力控制系统

张力控制系统MAGPOWR （美塞斯MC01/400/830/1898）往往是张力传感器和张力控制器的一种系统集成，目前主要应用于冶金，造纸，薄膜，染整，织布，塑胶，线材等设备上，是一种实现恒张力或者锥度张力控制的自动控制系统，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的均匀控制。 工作原理 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，下图为一个典型的闭环张力控制系统。 人工控制 MAGPOWR <1ll人工张力控制系统是适合于收卷，点到点和一些特定的放卷应用场合使用的低成本解决方案. 我们的手动电源供应器可以让f~ 淌除剩磁，15可以通过莫独特的皮向电流性能而用到制动器或离合器的完整的功率范围。该系统最适合应用于: ( 1 )需要自然锥角的收卷场合 ( 2 )卷装成形保持不变的点到点应用场合 ( 3 )从满卷到卷芯的放卷过程中允许有少量张力变化的场合 人工电源供给采用电流调节方式，当离合器或制动器从环境温度变化到工作温度时，莫输出仍保持不变。 可选用带有跳结器的90VDC 和24VDC 电压供给，额定电流可以调节，还可匹配磁粉制动器满足榕的应用需求。 可选安装方式DIN 标准导轨(C E) .撞墙式安装，印刷电路板。 张力控制系统(3张) 控制方式

张力控制系统中的张力控制与变频

张力控制系统中的张力控制与变频

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张力控制系统中的张力控制与变频 1.力控制原理。以造纸机的张力控制为例，在图1a)所示的张力控制示意图中，传动电动机M的张力实际值是位于它前面的张力传感器的实际值。通过检测该处的张力情况，来控制传动电动机M的速度，从而形成一个张力闭环。电动机M的速度加快，则纸幅拉紧，张力的实际值就会上升；相反，速度降低，则纸幅松垂，张力的实际值就下降。 在这里，纸幅张力的设定值为T设定，实际值为T实际，经过张力控制器（T-控制）的PID调节器后，再乘以3%的偏移量，作为该传动点速度设定值的一个组成部分。原来传动的速度设定值（V设定）加上该组成部分，就是速度环（V-控制）的输入值，然后即可进行速度控制。在这里设置3%偏移量的目的就是通过传动速度的改变而使张力得到有效的控制。

图1 张力控制示意图 在图1b)所示的张力控制原理中，T-控制就是张力控制模块的实现，包括自动和手动两种方式。张力控制模块投运前需先检测判定现在的张力实际值是否在可投运的范围之内，否则就不能投运，此时按手动投运按钮或当自动投运信号为“1”时，即进入张力控制模块的循环中。张力PID模块的退出，它的条件为相关部位检测到断纸信号或按手动退出按钮。 2.力控制软件流程。这里以某一点的张力控制为例，采用plc语言编程进行张力软件的设计，其示意如图2示。由此可以推广到多点张力控制中去。 ①读取张力设定值。张力设定值的输入可从工艺控制台上进行，并可通过脉冲开关的动作对设定值微调，以符合实际纸幅稳定运行的需要。 ②读取张力实际值。张力实际值的产生是从PLC的模拟量板中获取的，调用相应的功能块程序。本过程读取张力的模拟量值后，在输出端得到标准化的量值，并可通过“高限”和“低限”参数来设置量程。从模拟量输入板读出的模拟量值首先变换为右边对齐的定点数（以标称范围为基础）。 ③张力控制投入判断。张力控制是否投入取决于工艺的需要和纸幅是否已经上卷，纸幅是否断裂，在其他逻辑块中进行手动按钮投入或自动信号投入的设定，以及自动退出。因此这里需要判断张力控制是否投入，如已投入，则进入张力PID控制模块，否则就只显示数值和

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

6 卷纸张力控制系统

指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 自动化学院 自动控制原理课程设计报告 设计题目：卷纸张力控制系统 单位（二级学院）： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间： 重庆邮电大学自动化学院制

目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 （一）、卷纸张力控制系统原理 （二）、控制过程分析 （三）、系统的时域分析与频域分析 （四）、系统校正 三、设计总结 四、参考文献

一、 设计题目 在造纸厂的卷纸过程中，卷开轴和卷进轴之间的纸张张力采用下图所示的卷纸张力控制系统进行控制，以保持张力F 基本恒定。 要求： （１） 查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统 方框图。 （２） 分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。 （３） 分析系统时域性能和频域性能。 （４） 运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足给定性能指标要求。 （已知：m T =0.35 n T =3 12k = 22k = 1m k = 3n k = 反馈系数：1α= 要求：4,40c c ω≥γ≥） 二、 设计报告正文 摘要： 关键词：

（一）、卷纸张力控制系统原理 图1-1卷纸张力控制系统 系统工作原理： 在造纸厂的卷纸过程中，当纸张不断地从卷开轴向卷进轴运动时，线速度就会下降，从而纸张承受的张力会相应的减小。为保证张力的基本恒定，必须调整电机的转速。 图1-1所示的控制系统中，采用三个滑轮和一个弹簧组成的张力测量器来 测量纸上的张力。 将测量的实际张力与预设张力进行比较，经放大器放大后得到电机的输入电压。通过电压的变化来调节电机的转速，进而调节卷开轴向卷进轴运行的线速度。最终，使纸张的张力保持基本恒定。 电机---被控对象 预设张力---系统给定量 实际张力---系统控制量 通过对系统的分析，可得卷纸张力控制系统的方框图如图1-2所示 图1-2卷纸张力闭环控制系统方框图

商业轮转机的张力控制详解

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

工程应用1 基于PLC的恒张力控制系统

工程应用1 基于PLC的恒张力控制系统 一、项目目的 1.了解电线自动化生产线张力控制系统； 2.掌握电线自动化生产线恒张力控制系统工作原理； 3.掌握S7-300PLC编程软件平台、STEP7的程序结构和编程方法； 4.培养学生逻辑思维能力、创新能力、分析问题与解决问题能力 二、硬件系统设计 1. 硬件系统组成 硬件系统由编程计算机(上位机)、S7-300PLC控制器(下位机)和电线生产线（被控对象）等组成，编程计算机(RS232通讯口)和S7-300PLC控制器(DP通讯接口)之间通讯采用PPI通讯方式。 2. 恒张力控制原理 恒线速度恒张力调节系统以牵引机的速度为全线的基准速度，实现前后张力分段。收线机为卷取张力调节系统，放线机为开卷机张力调节系统，前后张力方向相反。 开卷机由欧陆514C致力调速板控制，形成一个张力、电流双闭环调速系统，它按照牵引机速度进行调节，如图1所示。开卷机张力给定，张力反馈信号和开卷机电流、张力双闭环调节系统构成了开卷机的调速系统，随着生产的进行，开卷机上的铜线盘半径不断减小，相应的电机转速必须逐渐增大才能保持电线上的张力恒定，但实现裸铜线的线圈半径检测很困难于是我们采用电缆张力负反馈，这样根据张力反馈信号的大小来调节开卷机的转速，在整个过程中开卷机随着牵引机的速度转动，从而使电缆张力保持恒定。 图1恒张力系统示意图 3.定义I/O口地址分配表 分析与恒张力控制相关的生产线设备（开卷机、牵引机），分配PLC输入、输出信号地址。 4.设计出硬件系统接线图

三、PLC控制程序设计 1. 模拟量闭环控制系统的组成 典型的PLC模拟量闭环控制系统如图2所示， 图2模拟量闭环控制原理图 在过程控制中，按照偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器是应用最广泛的一种自动控制器。 2. S7-300PLC实现闭环控制的方法 S7-300PLC的FM355是智能化的4路通用闭环控制模块，可以用于化工和过程控制，模块带有A/D转换器和D/A转换器。 除了专用的闭环控制模块，S7-300PLC也可以用PID控制功能块来实现PID 控制。但是需要配置模拟量输入模块和模拟量输出模块。 系统功能块SFB41可用于CPU314的闭环控制。SFB41“CONT_C”(连续控制器)的输出为连续变量。可以用SFB“CONT_C”作为单独的PID恒指控制器。控制器的功能基于模拟信号采样控制器的PID控制算法。 3．程序要求 (1)按下开卷电机起动按钮，开卷电机起动，经过P参数和I参数设定的PID 控制器控制电线的张力达到要求的恒定值。 (2)按下牵引电机起动按钮，牵引电机起动，通过调节控制牵引电机的变频器的给定值调节牵引电机的转速，要求PID控制器自动控制开卷机的转速保持电线的张力维持恒定值。 (3)按下停止按钮，系统停止运行。 4程序设计提示 (1)生产线启动过程应先起动放线机，再起动牵引电机 (2)PID控制方式中的P参数和I参数的数值多为经验值，可通过多次试验得出合适的设定值。 四、预习报告设计要求 1. 实验前，根据控制内容设计出系统的接线图、程序流程图、时序图； 2.设计出控制程序，并尝试创新出其他的电线生产线恒张力控制功能。 五、系统调试及问题分析

张力控制的目的就是保持线

在这种模式下，无需张力检测反馈装置，就可以获得更为稳定的张力控制效果，结构简洁，效果较好。但变频器需工作在闭环矢量控制方式，必须安装测速电机或编码器，以便对电机的转速做精确测量反馈。转矩的计算公式如下： T= （ F× D ） / （ 2× i ） 其中： T 变频器输出转矩指 令 F 张力设定指令 i 机械传动比 D 卷筒的卷径 电机的转矩被计算出来后， 用 来控制变频器的电流环， 这样就可以控制电机的输出转矩。 控制电机的输出转 矩。 控制电机的输出转矩 所以转矩计算非常重要。 这种控制多用在对张力精度

要求不高的场合， 在我鑫科公司就有广 泛的应用。如精带公司的脱脂机、气垫炉 的收卷控制中都采用了这中控制模式。 二、转矩模式下转矩模式下的张力开环控 制 张力闭环控制是在张力开环控制的基础上增加了张力反馈闭环调节。 通过张力 检测装置 反馈张力信号与张力设定值构成 PID 闭环调节，调整变频器输出转矩 指令，这样可以获得 更高的张力控制精度。其张力计算与开环控制相同。不论采 用张力开环模式还是闭环模式， 在系统加、减速的过程中，需要提供额外的转矩 用于克服整个系统的转动惯量。如果不加补 偿，将出现收卷过程加速时张力偏 小，减速时张力偏大，放卷过程加速时张力偏大，减速时 张力偏小的现象。 这种 控制模式多用在造纸、 纺织等卷取微张力控制的场合下。 在我公司尚无需这种控 制。 卷径计算 在所有的模式中都需要用到卷筒的卷径，

大家知道， 在生产过程 中开卷机的卷径是在不 断变小，卷取机的卷径在不断变大，也就是说转矩必须随着卷径的变化而变化，才能获得稳 定的张力控制。可见卷筒的卷径计算是多么地 重要。卷径的计算有两中途径：一种是通过外 部将计算好的卷径直接传送给变频 器，一般是在 PLC 中运算获得。另一种是变频器自己运 算获得， 矢量控制型变 频器都具有卷径计算功能， 在大多数的应用中都是通过变频器自己运 算获得。这 样可以减少 PLC 程序的复杂性和调试难度、降低成本。 变频器自己计算卷径的 方法有三种： 变频器自己计算卷径的方法有三种： 1 、 速度计算法： 、 速度计 算法：

气动张力控制系统的建模与仿真

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

张力控制原理教程

10本文从应用的角度阐述了当前技术条件下，矢量变频技术在卷取传动中运用和设计的方法和思路。有较强的实用性和理论指导性。 关键词： 张力变频矢量转矩卷径 引言： 在工业生产的很多行业，都要进行精确的张力控制，保持张力的恒定，以提高产品的质量。诸如造纸、印刷印染、包装、电线电缆、光纤电缆、纺织、皮革、金属箔加工、纤维、橡胶、冶金等行业都被广泛应用。在变频技术还没有成熟以前，通常采用直流控制，以获得良好的控制性能。随着变频技术的日趋成熟，出现了矢量控制变频器、张力控制专用变频器等一些高性能的变频器。其控制性能已能和直流控制性能相媲美。由于交流电动机的结构、性价比、使用、维护等很多方面都优于直流电动机，矢量变频控制正在这些行业被越来越广泛的应用，有取代直流控制的趋势。 张力控制的目的就是保持线材或带材上的张力恒定，矢量控制变频器可以通过两种途径达到目的：一、通过控制电机的转速来实现；另一种是通过控制电机输出转矩来实现。 速度模式下的张力闭环控制 速度模式下的张力闭环控制是通过调节电机转速达到张力恒定的。首先由带（线）的线速度和卷筒的卷径实时计算出同步匹配频率指令，然后通过张力检测装置反馈的张力信号与张力设定值构成PID闭环，调整变频器的频率指令。 同步匹配频率指令的公式如下： F=（V×p×i）/（π×D） 其中：F 变频器同步匹配频率指令V 材料线速度p 电机极对数（变频器根据电机参数自动获得）i 机械传动比D 卷筒的卷径 变频器的品牌不同、设计者的用法不同，获得以上各变量的途径也不同，特别是材料的线速度（V）和卷筒的卷径（D），计算方法多种多样，在此不一一列举。 这种控制模式下要求变频器的PID调节性能要好，同步匹配频率指令要准确，这样系统更容易稳定，否则系统就会震荡、不稳定。这种模式多用在拉丝机的连拉和轧机的连轧传动控制中。若采用转矩控制模式，当材料的机械性能出现波动，就会出现拉丝困难，轧机轧不动等不正常情况。 转矩模式下的张力控制 一、转矩模式下的张力开环控制

变频器在卷染机恒张力恒线速度控制中应用方法

变频器在卷染机恒张力恒线速度控制中应用方法 一、前言卷染机适合目前市场对多品种小批量织物的染色需求，可间歇式生产，发展前景看好应用越来越广泛。卷染机控制方面要求具备自动记道、自动计数、自动换向、自动掉头、自动停车、防坠液等功能，在整个工艺过程中，要求保证布匹的张力和线速度恒定，因此对系统的自控控制水平要求较高。国内较为传统的卷染机大部分采用双直流电机控制，只能达到近似的恒张力控制效果，也有采用单变频器的卷染机，放卷采用异步电机直流制动的方式，收放卷用接触器在变频器和直流制动之间进行切换，以上这些方案，分析其原理，都是在较大误差情况下的一种近似结果，因此控制效果不尽如人意。进口的高档卷染机，有的采用伺服控制，有的是用价格昂贵的工程型变频器来实现，效果较为理想，但是对于国内的用户来说，成本压力很大。本文以一个工程实例来说明采用科创力源张力控制专用变频器精确并巧妙的完成卷染机的工艺要求。CLM158巨型卷染机技术指标：◆门幅：1800--3600mm；◆最大卷径：1500mm；◆车速：20--150m/min；◆最高温度：98℃；◆张力调整范围：300~1000N；图1是卷染机工作的示意图，这是一个典型的中心卷曲控制系统。未染色的布匹首先通过上布电机卷曲到其中的一个辊筒上，在辊筒的传动轴上安装有计数用的接近开关，此时控制系统计下整卷布的道次，上卷完毕，采用人工的方式把布匹的一头卷到另外一个辊筒上面，待包覆紧密即可正常开始工作。此时两个辊筒朝着同一个方向运转，控制的要求是保持布匹上的张力恒定，保持布匹在染液经过的时间一致，也就是线速度恒定。这是个没有线速度反馈的驱动系统，但线速度又实实在在的随着辊筒的半径的变化在变化。因此，控制系统需要适应这种独特的要求。科创力源CM60-T变频器为卷染机的高性能控制提供了理想的驱动平台。在各个卷染机厂家以及最终用户处的实际使用情况表明，采用CM60-T控制的卷染机，兼顾了控制性能和成本之间的要求，为该行业的产品升级换代提供了优秀的解决方案。下面结合用于平幅丝绸棉布尼龙人造及合成丝等织物的CLM158 巨型恒张力卷染机的工程实例说明CM60-T高性能矢量控制变频器在该行业的应用。二、采用张力控制专用变频器的卷染机电气系统卷染机的控制可以分为温度控制和传动控制两部分，本文重点描述的是关系到张力以及线速度控制的驱动部分控制。该卷染机的控制系统以西门子作为控制器，采用触摸屏作为人机界面，它们主要完成的是张力，线速度的设定，布的厚度的测量以及相关逻辑动作的控制。变频器和PLC之间采用485通讯。采用通讯方式的好处是可以随时知道变频器主要变量的信息，减少接线，使得整个系统看起来很精简。两台完全一样的变频器，它们均工作于闭环矢量控制模式，由于卷染机在接近满卷时候会较长时间工作在很低的频率下（1~3Hz）,采用较高线数的编码器有助于提高在低转速工况下的控制性能，同时考虑散热，需要采用变频专用电机。上布时刻，PLC记录下该布卷在辊筒上面的总圈数，然后由操作工测量该布卷的直径，把这个值输入到HMI，PLC根据直径和总圈数，可以精确计算出来单层布的厚度。采用这种方法获得布厚，误差很小。布厚通过485通讯传送到CM60-T张力控制变频器，作为控制的最基本参数。同时针对每种织物，染色所需要的张力以及染色速度，也在HMI上面设定好，然后通过PLC传递给变频器。CM60-T的功能十分强大，除了具有常规的惯量补偿，卷径计算，摩擦力补偿，锥度计算等张力控制功能之外，还有一个为了线缆、印包等行业收卷控制的自动换盘设计的功能：预驱动。该功能的作用是根据线速度和卷径的关系，自动计算出所匹配的角速度。利用这个功能，我们首先可以实现卷染机控制要求中的恒定线速度控制。其原理是：根据设定的线速度以及布匹的初始直径，布匹的厚度，我们可以得到一个匹配的电机旋转速度，当直径变化的时候，辊筒每旋转一圈，变频器会自动减去一层布的厚度，从而得到一个新的直径，通过这个新的直径，变频器又能够计算出所需要匹配的线速度，如此周而复始，可以确保布匹线速度的恒定。恒张力的控制，则是利用矢量控制变频器的转矩控制功能，实时的根据张力的设定值，锥度，补偿量以及卷轴直径计算出所需要的转矩，从而达到间接的

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