张力控制的目的就是保持线

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：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

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：

通过系统当前线速度和变频器输出频率计算卷径。其公式如下：

D=

（

i×

V

）

/

（

π×n

）

D

所求卷径

I

机械传动比

n

电机转速

V

线速度

当系统运行

速度较低时，

材料线速度和变频器输出频率都较低，

较小的检测误差就会使

卷

径计算产生较大的误差，

所以要设定一个最低线速度，

当材料线速度低于此值时

卷径计算

停止，卷径当前值保持不变。此值应设为正常工作线速度以下。多数应

用场合下的变频器都

使用这种方法进行卷径计算。

2

、

度积分法：

、

度积分

法：

根据材料厚度按卷筒旋转圈数进行卷径累加或递减，对于线材还需设定每层的圈数。

这种方法计算要求输入材料厚度，若厚度是固定不变的，可以在变频器

中设定。此方法

在单一产品的生产场合被广泛应用。

若厚度是需要经常变化的，

需要通过人机界面

HMI

或智能仪表将厚度信号传送到

PLC

，

由

PLC

或仪表进

行运算后再传送给变频器。这种计算方法可以获得比较精确的卷径。在一

般的国

产设备上应用较少，我公司的进口设备，气垫炉的收、放卷控制上就采用这种计算方

式。

3

、

模拟量输入

、

当选用外部卷径传感器时，

卷径信号通过模拟输入

口输入给变频器。

由于卷径传感器的

性能、价格、使用环境等原因，在国内鲜有

使用。

结束语：

结束语：

矢量变频技术在卷取应用中的方法多种多样，

在当前

技术条件下，

上述模式是最具有代

表性的。无论是设计还是维修，了解你所使用

设备的工作模式和控制特点是非常重要的。变

频技术还在高速发展，新的理论和