薄膜卷取恒线速度及恒张力控制系统
恒张力控制系统在卷取机改造应用
r 一瞄《砬 既一——1
””吁 弋l ：I …曼c试兰； Z兰3… 一：J 竺 ： ， ’丫
‘
．
^
。n
扩麓
Z％ P^ ¨
廿"坩 。蹦， Nhomakorabea2) 张力传感器选择。张力传感器是采用应变片电桥测试原理，能
薄膜收卷张力调节装置
薄膜收卷张力调节装置
薄膜收卷张力调节装置是用于在薄膜生产或加工过程中控制收卷张力的设备。
薄膜生产过程中，保持适当的收卷张力对于薄膜的质量和后续加工步骤的顺利进行非常重要。
以下是一些常见的薄膜收卷张力调节装置：
1.张力感应装置：通过张力感应装置实时检测薄膜收卷中的
张力，可以使用压力传感器、应变传感器或张力传感器等。
传感器会测量张力，并将其转换为电信号传输给控制系统。
2.张力控制器：张力控制器是根据张力感应装置所提供的信
号来控制收卷装置的设备。
可以通过自动或手动方式调节
收卷装置的速度，使其保持稳定的张力。
3.张力测量及控制系统：这是一个完整的薄膜收卷张力调节
系统，包括张力感应装置、张力控制器、电子控制单元等。
该系统能够监测薄膜的张力，并及时对收卷速度进行调整，以保证薄膜的张力控制在合适的范围内。
4.张力辊装置：在收卷过程中使用张力辊装置，通过改变辊
筒的摩擦力来调节收卷张力。
可以调整辊筒的压力、直径
和摩擦系数等参数来控制张力。
5.恒张力装置：恒张力装置通过在收卷装置上应用恒定的张
力力量来控制张力。
它可以使用气动或液压元件来提供稳
定的张力，以确保薄膜的均匀收卷。
这些装置和系统结合使用，可以实现薄膜收卷过程中的张力调
节与控制，以确保薄膜的质量和生产效率。
具体使用哪种装置和系统可以根据薄膜材料特性、生产工艺和需求来决定。
薄膜卷取恒线速度及恒张力控制系统
薄膜卷取恒线速度及恒张力控制系统荣获“2004年度工控及自动化领域优秀论文”有奖评选三等奖【专家点评】：由于吹塑薄膜挤出机生产线上的牵引电机和卷从而可实现薄膜正常卷取。
论文作者找出了形的闭环控制并以卷取电机转速和张力作为校正度不同步造成薄膜厚度不均的弊端。
该系统对【作者心得】：中国工控网和中国自动化学会主办的这次征文国自动化学会表示由衷的感谢！同时非常感谢《薄膜牵引和卷取同步控制研究》的部分总结制”，因而这篇投稿取名为《薄膜卷取恒线速继续深入研究和进一步开展工作。
1 引言在吹塑薄膜挤出机生产线上，薄膜卷取是一道非常重要的工序。
收卷质量对塑料薄膜的二次加工至关重要常卷取和翻转架翻转过程中，要实现薄膜牵引和卷取的恒线速度及恒张力控制。
一种较好的解决方案是，在建的基础上，构成由计算机、可编程控制器、变频器等组成的硬件系统，并进行相应的软件设计，以实现计算机卷取的恒线速度及恒张力控制。
2 方案设计生产线中的薄膜线速度和张力的调节可以通过牵引电机、卷取电机和翻转架电机的转速和转矩的调节来反映1.1 正常卷取过程分析对不同的卷绕过程，薄膜的张力和线速度v随薄膜的材质、规格、厚度、冷却温度及卷径比等因素的不同绕直径D的逐渐增大要求卷轴转速成反比例地减少；另一方面，又要求薄膜的张力恒定[1]。
因此，作用在卷恒线速度、恒张力传动即恒功率传动。
由于卷取辊在卷取薄膜时，其卷绕直径D是逐渐增大的，在牵引速度恒定不变的情况下，要维持卷取张力取线速度不变[2]。
1.2 翻转过程中卷取电机的调速规律翻转架翻转时，薄膜的线速度是膜卷切入处的卷取切向速度和翻转切向速度的矢量和，如图1所示。
也就不对卷取线速度加以修正，势必影响薄膜线速度控制的稳定性和准确性，进而造成卷取初始时刻出现较大的超要。
根据图1可知，卷取电机此时的期望转速(r/s )应为：式中：为与的相角差。
可见，除了随卷径D变化而变化外，还随翻转线速度和变化而变化。
设翻转引起的卷取线速度变化量为，则化的曲线如图2所示。
薄膜卷制过程中张力控制系统的应用
ｑ ａｉ ｅ ｆｗ ｎ ｉ ｇ ｍａｅ ｉｌｐ ｏ ｕ ｔ． ａｙ ｅ ｔ ｅ ｔ ｎ ｉｎ ｃ ｎ ｒ ｌｍｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｍｅ ｓ ｒ ｇ ｓ ｕ ｔ ｒ ． ｌ ｓ ｕ ｌ ｉ ｓｏ ｉ ｄ ｎ ｔ ｒ ｒ ｄ ｃｓ Ａｎ ｌ ｓ ｈ ｅ ｓｏ ｏ ｔｏ ｔ ａ ｔ ｏ ｎ ａ ｕ ｎ ｔ ｃｕ ｅ Ｃ ａ — ｉ ｒ
成加 工材料 的拉 伸 变形 甚 至断 裂 ； 力 大小 不 稳 定 张
在 薄膜 电容 卷绕 机 中 张力 控 制 的应 用 ， 简述 了此 系
统 的设计 及选 型 。
１ 张 力控 制方 法
目前 工 程应 用 中 ， 不 同测 量 控制 原 理 常用 两 按 种 张力 控制 系统 ： 间接 法 张 力 系 统 、 接 法 张 力 系 直
的 发 展 做 了 阐述 。
关键词： 薄膜 ； 卷绕； 张力控制 中 图分 类号 ： Ｎ Ｔ６ 文 献标 识码 ： Ａ
文 章编 号 ：０ １ ４ ４ ２ １ ０ ０ ７ ０ １ ０ —３ ７ （０ ０）３— １２— ５
Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｉ ｎ Ｃｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｌ Ｗ ｉ ｉ ｇ ｐ ｉ ｔｏ ｆ Ｔｅ ｓｏ ｎ ｒ ｌＳ ｓ ｅ ｆ ｒ Ｆｉ ｃ ｍ ｎｄ ｎ
ｐ ｉａｉ ｎ ｏ ｎ ｉｎ ｃ ｎ ｒ ｌｆｒｆ ｍ ａ ａ ｉ ｒｗｉ ｄ ｎ ｃ ｉ ｅ Ｆ ｎ ｌ ｄ ｓ ｒ ｅ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆｔｎ ｌ ｔ ｆ ｅ ｓｏ ｏ ｔｏ ｏ ｌ ｃ ｐ ｃ ｔ ｎ ｉ ｇ ｍａ ｈ ｎ ． ｉ ａ ｌ ｅ ｃ ｂ ｈ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ ｅ — ｃ ｏ ｔ ｉ ｏ ｙ， ｉ
Ｄｏｕ ｎ ｏ ｅ Ａ ｃ ｍｅ ｔ ｄ ： Ｃ
Ａｒｉ ｅＩ １０ — ４ ４ ２ １ ） ３— １ ２— ５ ｔ ｌ Ｄ：０ １ ３ ７ （ ０ ０ ０ ０ ７ ０ ｃ
薄膜收卷机的操作机理及张力控制
薄膜收卷机的操作机理及张力控制200812 3Mchina M/E LEI WANG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。
恒张力恒速度卷绕控制系统的设计及应用
信号采集，进而通过改变收卷辊和放卷辊的速度及速度 差，实现对卷绕过程中张力和速度的调控，此卷绕控制系 统有望应用到实际生产现场。简化的卷绕控制系统如图 1 所示。
图 1 卷绕控制系统
Techniques of Automation & Applications 19
《自动化技术与应用》 2021 年第 40 卷第 6 期
Key words: winding control system; PLC; tension sensor; rotary encoder; constant tension; constant winding speed
1 引言
卷绕系统往往应用于造纸、纺织、冶金等领域，出于 产品生产工艺的需求，卷绕控制系统往往需要对张力及 卷绕速度进行控制。当张力值过小时，物料带会变得松 弛；当张力值过大时，物料带往往会出现崩断的现象，使 产品质量大大降低[1]。与此同时，改变系统卷绕速度同样 会影响生产效率。为此，必须设计一种基于恒张力、恒卷 绕速度的卷绕控制系统，以使相关生产厂家获得最大的 生产效率、获得最高的经营利润。本文以简化的卷绕控 制系统为分析对象，通过张力传感器和旋转编码器实现
关键词 : 卷绕控制系统；PLC；张力传感器；旋转编码器；恒张力；恒卷绕速度 中图分类号：TP273 文献标识码:B 文章编号:1003-7241(2021)06-0019-04
Design and Application of Constant Tension and Constant Speed Winding Control System
工业控制与应用
Industry Control and Applications
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。
变频器在卷染机恒张力恒定线速度控制系统的应用
本文着重进行了实现卷染机恒张力、恒线速控制系统的设计。
通过可靠的数学分析，为系统的可靠运行提供依据，实现卷染机恒速、恒张力的控制，提高运行速度、减小头尾色差、实现低张力控制、减少机头布浪费。
以两个高性能矢量变频器为传动单元，三菱FX PLC为逻辑控制器，嵌入式工控机和组态软件为数据监视记录器，组成双变频常温常压卷染机系统，实时完成卷径自动计算的变转矩、速度控制模式。
无张力和运行速度传感器检测，无需布厚设置，系统通过自学习能轻松获得所有参数，系统自动记录上布圈数，来回无累计误差。
1 引言随着染整厂多批量、小品种日益增多，卷染机以其占地小、控制方便、更换品种方便、染液浪费少、可进行水洗工艺加工和染色等优点，越来越受到欢迎。
随着客户要求的不断提高，早先的卷染机性能已经不能达到生产要求，必须改进卷染机控制系统。
控制织物在染色过程中经过染液的时间和带走染液的量恒定，使布匹手感好，经向和纬向无色差，防止织物伸长，改善吸色效果。
本文结合可编程逻辑控制器、嵌入式工控机、变频器的高性能电流矢量控制，研究具有恒张力、恒线速、高效率、低成本、操作简单、维护方便的常温常压卷染机控制系统。
卷染机控制系统通常分为：（1）直流控制 (直流调速,直流制动)，特点是通过调节放卷电机的制动量来调节张力输出。
缺点是直流机械传动同步性能不理想，无法实现恒线速、恒张力，对大卷装情况尤其突出。
同时直流电动机的开启式结构，不能很好地适合印染厂潮湿（冬季滴水）、充满腐蚀性气体的恶劣环境。
（2）液压控制（液压站,流量比例阀)，特点是通过调节放卷电机的流量比例阀来调节张力输出。
存在问题一是国产液压件密封性能、可靠性差。
二是进口的虽然质量可靠，但价格高、备件困难。
（3）变频控制,分为单变频控制和双变频控制，单变频控制通过调节放卷电机的直流制动电压来调节张力输出；双变频控制通过调节放卷电机的输出力矩来调节张力输出。
特点是交流电机具有密封性能好、过载能力强的特点，同时变频器技术基本成熟，价格下降，多单元交流传动在染整联合机组已经得到普遍应用。
变频器的应用—卷染机恒张力恒线速度控制
变频器的应用—卷染机恒张力恒线速度控制2010-01-21来源：工控商务网浏览：41一、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汇川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；图一图一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。
汇川MD330变频器为卷染机的高性能控制提供了理想的驱动平台。
在江苏地区各个卷卷机厂家以及最终用户处的实际使用情况表明，采用MD330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。
浅谈卷取设备中张力控制系统发展现状
浅谈卷取设备中张力控制系统发展现状摘要：张力控制是纺织,造纸等行业应用最为广泛的一项技术，它实现的好坏直接关系到产品的生产效率的高低和质量的优劣。
本文对张力控制领域的间接法、直接法张力控制原理进行介绍，并梳理恒张力控制系统的国内外发展现状，为进一步研究提供了相关参考资料。
关键词：卷曲设备；张力控制；专利分析；技术发展一、引言张力控制,比较通俗的讲,就是要控制卷取物体时保持物体相互拉长或者绷紧的力。
早期的工业应用中,张力控制并未引起人们足够的重视。
直到人们对卷取材料的质量和表面质量提出越来越严格要求的时候,张力控制技术才逐渐被各国电气工程师重视起来,特别是张力应用最广泛的纤维、造纸、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。
二、张力控制系统的概念以及基本原理在纺织、造纸等轻工业行业中,在加工过程中或者是加工完成之后,最后的一道工序一般就是将加工物卷绕成筒状。
在这一过程中,卷绕的好坏将是决定产品质量的关键,卷的太紧,容易使织物变形,拉断,卷的太松又容易使卷取不紧凑,不利于搬运和运输,因而为了达到使卷绕紧凑,保证产品的质量,都要求在卷绕过程中,在织物上建立一定的张力,并保持张力为一恒定值,能够实现这一功能的系统,就叫做张力控制系统。
目前应用的张力控制系统,根据其测量控制的原理结构,主要有以下三种:1.间接法张力控制系统2.直接法张力控制系统3.兼有间接法和直接法的复合张力控制系统2.1间接法张力控制原理间接法张力控制,也就是通过调节驱动力的及时大小来实现张紧力的调节。
比较通俗的讲,是一个开环扰动的控制系统,即按照现场张力与实际设定值之间的偏差来进行调节,通过间接地改变张力执行部件的激励电流、磁场等电气参数来动态补偿现场的干扰量。
电动机通过减速机构输出控制收卷轴的卷取速度:卷取速度快,相应地张力就大,卷取速度慢,张力显示就小。
因而只要借助于一定的检测设备,检测出现场的扭转角速度或者是卷径,在保证电机激励磁通不变的情况下,动态修正激励电流即可以实现在卷径和速度变化情况下现场张力的恒定。
卷染机恒张力恒线速度控制
在老机型上改造 ，效果也很好。我单位 的这台巨型卷取机在用户处使用半年来，未 发生任何故障，效率很高。
注 ：国产变频器如汇川 Ｍ ３ ０型 、爱墨生 Ｔ ３ ０型 Ｄ３ Ｄ３
３ ５
在该系统中，我们让放卷工作在速度模式，根据滚筒的直径变化计算出电机转
速来保证恒线速度，收卷工作在转矩模式 。 由卷染机的工作原理可见，放卷的电机始终工作在发电模式 。通常的做法是采 用制动单元和制动电阻，将电能转化为热能消耗掉 。这样长年类月浪费很大。我们 应用变频器的共母线方式将两个变频器的 Ｐ 母线直接并联， Ｎ 这样正常工作制动产生 的能量通过并联母线回到拖动的电机上。只用一个很小的制动电阻并联到母线上，
低的频率下 （ Ｈ ） 卜３ｚ 。
该款变频器的功能很强大，包括惯量补偿 、 自 动卷经计算、摩擦力补偿 、锥度 计算等张力控制功能。我们根据线速度和直径 的数学关系， 自 动计算 出所匹配 的角 速度，利用这种功能我们就能实现恒线速度控制 。其原理是：根据设定的线速度和
初始直径 （ 利用 ＰＣ Ｌ 记录下的卷轴上的圈数及布 的直径，可算出单层布的厚度）和
为的是解决快速减速时两台电机都工作在发电状态时能量的消耗 。这个电阻工作是
短时的，能耗很小，摒弃了老式卷染机很大 的电阻柜，既节约了能耗 ，又提高了系
统的可靠性 。 三、结束语
本系统在优化参数值后， 设备在用户处试机时速度在 １０ 分， ５ 米／ 非常稳定。 工 作效率在 ９％ ５ 以上， 采用共用母线方式节 电率在 ４％ Ｏ左右 。 系统的稳定性提高了， 而 且设备价格也不高，是印染企业 的首选方案 。
在该系统中变频器接收plc通过485口传送来的张力设定值然后根据布的厚度算出直径张力设定值乘上半径除以机械传动比就是电机的输出转矩
带材卷绕张力控制系统设计
带材卷绕张力控制系统设计摘要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，不论产品是纸张、塑料薄膜、纺织品、橡胶片或薄钢板卷材，都是在一定的张力控制下被输送到设备，且在一定的张力下被卷取。
在以数字PID为核心的张力控制系统中，在矩阵键盘以及液晶显示器的帮助下，输入需要的数据后。
张力传感器检测电路得到模拟电压信号，该信号经过放大、滤波、电压跟随后送入10位A/D转换器进行模数转换，得到数字信号，该数字信号送入AVR单片机进行PID等算法运算后，再经过12位D/A转换后得到模拟信号，该信号用于控制电机。
同时，还设计了一个以模拟PID为核心的张力控制系统。
通过给定张力与反馈张力之差，经过模拟PID调节器后输出给变频器。
变频器根据控制精度的要求，工作在闭环速度控制。
这种模式采用过程PID，直接进行张力控制，原理简单、调试方便。
还用Multisim 9仿真了模拟PID。
关键词：张力传感器检测，PID，AVR单片机注：本设计题目来源于教师的企业科研项目，项目编号为：AbstractTension control system is the most important control system, which is based on membrane materials. Whether the product is paper, plastic film, textiles, rubber sheets or thin steel sheet, they all are transferred to the device, and is under a certain tension take-up.With the help of matrix keyboard and LCD display we can input required data. So the tension sensor detection circuit can receive an analog voltage signal. The signal after amplification, filtering, voltage follower, which come into 10-bit A/D converter for analog-digital conversion. It may get digital signal. The digital signal come into MCU, which may operate by PID algorithm or more. The result through the 12-bit D/A conversion turn into analog signal. The analog signal is used to control the motor.At the same time, I also designed a tension system at the core of the PID control. Through setting tension and feedback tension,which come into analog-PID regulator.The analog-PID regulator output to the inverter. The Inverter under control accuracy requirements is working in closed loop speed control. This model uses the process PID. The direct tension control is simple and convenient debugging. It simulate the tension control system with the help of Multisim 9.Key words：Tension sensor detection, PID operation, AVR MCU目录1绪论 (1)1.1 张力控制系统概述 (1)1.2 张力控制系统的国内外发展现状及应用 (1)1.3课题的目的和意义 (2)1.4本课题的主要工作 (3)2张力控制系统总体方案设计 (4)2.1张力分析 (4)2.2张力控制系统原理 (5)2.3张力控制系统控制方式选择 (6)2.4张力控制系统控制器方案选择 (6)2.5张力控制系统需求分析 (7)3张力控制系统硬件设计 (9)3.1硬件设计需求分析 (9)3.2数字PID为核心的硬件设计 (11)3.2.1电源电路硬件设计 (11)3.2.2张力传感器检测硬件设计 (12)3.2.3信号处理硬件电路设计 (13)3.2.4A/D转换硬件电路设计 (15)3.2.5单片机系统硬件电路设计 (16)3.2.6D/A转换电路硬件设计 (19)3.2.7键盘输入硬件电路设计 (21)3.2.8显示电路硬件设计 (22)3.3模拟PID为核心的硬件设计 (23)3.3.1模拟PID调节器硬件设计 (23)3.3.2模拟PID系统仿真 (30)3.3.3变频器 (31)4张力控制系统软件设计 (33)4.1主程序及初始化子程序 (33)4.1.1主程序 (33)4.1.2初始化子程序 (33)4.2 PID算法程序 (34)4.3采样程序 (36)4.4数模输出程序 (38)4.5矩阵键盘子程序 (40)4.6显示子程序 (40)结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)附录A (44)附录B (46)1绪论1.1 张力控制系统概述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，目前主要应用于冶金、造纸、薄膜、染整、织布、塑胶等线材或带材设备上，是一种实现恒张力或者变张力控制的自动控制系统，其作用主要是实现辊间的同步，收卷和放卷的控制[9]。
恒张力控制
控制原理图—速度模式
控制原理图—速度模式
• 控制方法：速度值=理论计算值+PID修正值
F = F 理论 ＋ ∆ F
• 相关信息： 卷径 线速度 张力反馈PID 机械齿轮比 电2*G);
张力控制方案
• 1张力闭环速度控制（BW/VE） • 2张力开环转矩控制（VE） • 3张力闭环转矩控制（VE）
恒张力控制介绍
AMD产品处
• 张力控制系统的目的就是保持线材或者带材上的 张力恒定，通常可以通过两种途径来达到这个目 的： • 一是通过控制电机转速来实现； • 二是通过控制电机输出转矩来实现；
控制原理图—速度模式
v = π * D1 * n1 / G1， n1 = F1 * 60 * (1-s) / p v = π * D1 * F1 * 60 * (1-s) / (G1 * p) F1 = G1 * p * v / （60 * π * D1 * (1-s)）
其他相关参数
• 多功能输入： • 1初始卷径选择0 • 2初始卷径选择1 • 3初始卷径命令
张力客户测试情况汇报
• • • • • • 1复卷机1 2复卷机2 3双变频拉丝机 4层绕机 5并列式连续拉丝机 6自动盘带机
复卷机1
复卷机1
复卷机2
复卷机2
复卷机2
双变频拉丝机
双变频拉丝机
VE相关参数
• • • • • 08-37线速度来源选择（无/AVI/ACI/AUI/485/脉冲） 08-38最大线速度 08-39最小线速度 08-40每米脉冲数 08-41当前线速度
2卷径计算
• 所有方案都需要计算卷筒的卷径。 • α线速度计算法 • D = ( G * V ) / (π* n )， • D卷径，G机械传动比，V线速度，n电机转速 • β厚度积分法 • γ模拟量输入法
薄膜牵引和卷取恒线速度通信控制系统
薄膜牵引和卷取恒线速度通信控制系统
刘亭;戴莺莺
【期刊名称】《自动化与仪表》
【年(卷),期】2003(018)002
【摘要】为实现薄膜的恒线速度卷取,采用转速和张力的闭环控制,具体实现为在卷取转速调节过程中加入张力调节的影响,通过变频调速使卷取转速同步跟踪牵引转速.在异步电动机数学模型的基础上,绘制出塑料薄膜牵引电机或卷取电机变频矢量速度控制图.在此基础上构成由计算机、 PLC及变频器等组成的硬件系统,计算机和PLC及 PLC和变频器通过串口或通信模块直接连接,同时介绍了软件设计思想;阐述了 PC机和 PLC之间以及 PLC和变频器之间通信的通信协议,提出了 PLC程序的组成.
【总页数】4页(P31-34)
【作者】刘亭;戴莺莺
【作者单位】北京化工大学,北京,100029;北京化工大学,北京,100029
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.薄膜卷取恒张力的控制及串行通信的实现 [J], 刘亭;戴莺莺
2.电牵引采煤机远程控制系统通信模块设计与实现 [J], 张旭辉;夏宏波;吴海雁;赵友军;娄伶俐
3.翻转过程薄膜牵引和卷取恒线速度及恒张力控制系统 [J], 刘亭;戴莺莺;冯连勋
4.卷取和翻转过程薄膜牵引和卷取同步控制研究 [J], 刘亭;王占林;戴莺莺
5.薄膜牵引卷取装置 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种卷取机张力控制系统[发明专利]
![一种卷取机张力控制系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/c54f8938f68a6529647d27284b73f242336c31b9.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010789820.9(22)申请日 2020.08.07(71)申请人 华北铝业有限公司地址 072750 河北省保定市涿州市郦道元路2号(72)发明人 伊京龙 张海虎 张纯 杜卓君 张贺明 张述柏 (74)专利代理机构 北京圣州专利代理事务所(普通合伙) 11818代理人 王振佳(51)Int.Cl.B21B 15/00(2006.01)B21B 37/54(2006.01)B21B 3/00(2006.01)(54)发明名称一种卷取机张力控制系统(57)摘要本发明公开了一种卷取机张力控制系统，包括卷取机配电柜、现场操作柜以及卷取机驱动机构，卷取机驱动机构与卷取机配电柜相连接，卷取机配电柜与现场操作柜相连接，还包括主控制柜、触摸屏以及卷径增量检测机构，卷径增量检测机构为接近开关，接近开关固定于卷取机的传动轴一侧用于检测卷轴转动圈数，接近开关与现场操作柜相连接，现场操作柜与主控制柜相连接。
本发明采用上述结构的一种卷取机张力控制系统，通过将张力控制改为主控制柜控制给定，使得随着卷径的增加，张力给定值逐步递减，避免了因恒张力过大造成的板面粘伤及卷边错层，在铝板带箔轧制过程中，消除了粘伤性孔洞缺陷，减少了轧制断带，提高了铝箔成品率及产品质量。
权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 111889516 A 2020.11.06C N 111889516A1.一种卷取机张力控制系统，包括卷取机配电柜、现场操作柜以及卷取机驱动机构，所述卷取机驱动机构与所述卷取机配电柜相连接，所述卷取机配电柜与所述现场操作柜相连接，其特征在于：还包括主控制柜、设置于所述现场操作柜上的触摸屏以及卷径增量检测机构，所述卷径增量检测机构为接近开关，所述接近开关固定于卷取机的传动轴一侧用于检测卷轴转动圈数，所述接近开关与所述现场操作柜相连接，所述现场操作柜与所述主控制柜相连接。
TAC膜收卷过程中张力控制系统的应用
TAC膜收卷过程中张力控制系统的应用作者简介：张占胜，男，工程师。
主要从事光学级三醋酸纤维素膜的流延法生产及工艺研究。
摘要：TAC膜透明性好，机械强度大，产品成型过程中内应力小，成膜物质的分子取向概率高，具有优良的光学特性，因此被广泛应用于眼镜片的基材。
TAC膜在生产过程中，由于受收卷张力的影响，易出现跑偏、硌印等收卷问题，本文主要对TAC膜在收卷过程中采用的张力控制方式及调节技术进行了阐述。
通过针对性的张力参数调节，能够更好的提高产品收卷质量，减少废片的产生。
关键词：TAC 膜；收卷；张力控制1 引言首先我们了解一下片基的成型过程及干燥箱的运行系统，如图1所示。
图1 干燥箱托动系统示意图由图1可看出，纤维素经溶剂溶解为一定固含量的棉胶，经泵送到流延模头，从鼓的上方流出，经过无缝钢带定型后，剥离进入干燥箱，干燥箱储片100米，根据温度分为若干干燥区域，在干燥箱内，整个收卷片路由四组牵引装置及配套的张力调节系统控制，并包括收卷装置及张力控制系统。
TAC膜从流延成型到收卷成品，要经过多道工序处理，收卷过程是最后的环节，也是最关键的，对产品的内在质量和收卷质量至关重要。
2 收卷张力对收卷质量的影响（1）跑偏：主要是锥度、初始张力、收卷初始直径，收卷米数的设定有关。
分为收卷张力小造成的卷外松和收卷张力大造成的卷内松。
所以，收卷过程中要调整张力适中，要根据片基的长度、厚度、初始张力进行调整。
（2）鼓棱与枣形斑:主要是收卷张力过大，以及薄膜本身厚度均匀性不好造成，经过大张力的作用，收卷将片基表面勒出硌痕，如果是大面积全宽的枣形斑，只要将收卷张力降到合适张力，硌痕就会自然消失。
如果是单条枣形斑或是个别枣形斑说明此位置的片基厚度过高所致，调整模头微调螺栓将厚度调整合适就解决了。
（3）张力线：区间收卷张力不合适，易造成沿薄膜运行方向的纵向纹路。
在干燥箱初始段，薄膜未完全成型，强度不够，在张力过大情况下，会被拉伸、变形，所以，刚进入干燥箱时，要保证片子的干燥程度，以及匹配合适的区间张力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
薄膜卷取恒线速度及恒张力控制系统
荣获“2004年度工控及自动化领域优秀论文”有奖评选三等奖
【专家点评】：由于吹塑薄膜挤出机生产线上的牵引电机和卷
从而可实现薄膜正常卷取。
论文作者找出了形
的闭环控制并以卷取电机转速和张力作为校正
度不同步造成薄膜厚度不均的弊端。
该系统对
【作者心得】：中国工控网和中国自动化学会主办的这次征文
国自动化学会表示由衷的感谢！同时非常感谢
《薄膜牵引和卷取同步控制研究》的部分总结
制”，因而这篇投稿取名为《薄膜卷取恒线速
继续深入研究和进一步开展工作。
1 引言
在吹塑薄膜挤出机生产线上，薄膜卷取是一道非常重要的工序。
收卷质量对塑料薄膜的二次加工至关重要常卷取和翻转架翻转过程中，要实现薄膜牵引和卷取的恒线速度及恒张力控制。
一种较好的解决方案是，在建的基础上，构成由计算机、可编程控制器、变频器等组成的硬件系统，并进行相应的软件设计，以实现计算机卷取的恒线速度及恒张力控制。
2 方案设计
生产线中的薄膜线速度和张力的调节可以通过牵引电机、卷取电机和翻转架电机的转速和转矩的调节来反映
1.1 正常卷取过程分析
对不同的卷绕过程，薄膜的张力和线速度v随薄膜的材质、规格、厚度、冷却温度及卷径比等因素的不同绕直径D的逐渐增大要求卷轴转速成反比例地减少；另一方面，又要求薄膜的张力恒定[1]。
因此，作用在卷恒线速度、恒张力传动即恒功率传动。
由于卷取辊在卷取薄膜时，其卷绕直径D是逐渐增大的，在牵引速度恒定不变的情况下，要维持卷取张力取线速度不变[2]。
1.2 翻转过程中卷取电机的调速规律
翻转架翻转时，薄膜的线速度是膜卷切入处的卷取切向速度和翻转切向速度的矢量和，如图1所示。
也就不对卷取线速度加以修正，势必影响薄膜线速度控制的稳定性和准确性，进而造成卷取初始时刻出现较大的超
要。
根据图1可知，卷取电机此时的期望转速(r/s )应为：
式中：为与的相角差。
可见，除了随卷径D变化而变化外，还随翻转线速度和变化而变化。
设翻转引起的卷取线速度变化量为，则化的曲线如图2所示。
1.3 恒线速度和恒张力控制系统的建立
为了满足正常卷取恒线速度、恒张力同步传动即恒功率传动[1]和翻转过程中传动的要求，控制系统设计如由薄膜的厚度H(m)、卷取电机轴转过的圈数N、膜卷的初始直径D0(m)和卷取电机到卷轴的传动比，可实时计为了镇定系统的张力，对张力的控制采用过程调节（PI调节）。
设张力设定值和张力反馈值之差经过程调节
牵引电机转子角频率(rad/s)乘以此时两电机的传动比，并与卷取电机转子角频率相比较，将两者之差反馈下，卷取电机的转速随着牵引电机的转速变化而变化。
显然，张力的设定和张力的反馈构成张力调节的外环，在翻转过程恒线速度和恒张力控制的要求。
当翻转过程引起的绝对值变化较大时，会增大系统的稳态偏差，加大系统的超调量。
张力变化较大时，张力反较大，同样也会增大系统的稳态偏差，加大系统的超调量。
为了改善系统的动态性能和减少稳态误差，需要在卷跟随误差，改善系统的动态和稳态性能。
恒线速度及恒张力控制系统的控制框图如图3所示。
3 硬件设计
对于吹塑薄膜自动生产线，一方面电机的数目较多，另一方面电机分布距离一般都比较远。
牵引和卷取部分变频调速器来实现对整个系统的控制。
用两台变频器分别控制牵引电机和卷取电机。
两电机的轴上分别安装编码器，编码器测得的电机轴的脉冲信而经PLC的D/A模块控制变频器。
卷径通过实时计算求出，卷径达到翻转初始时的期望值D1max时，翻转架开始旋转，利用编码器测量翻转架旋轴上，并卸下已经卷好的膜卷。
张力控制由张力控制装置完成。
张力控制装置由张力检测器、张力扩大器、张力控制器、功率放大器、磁粉离合器等组成。
对于卷取张力的PLC的A/D模块与设定值相比较，经PI计算后完成张力反馈的PI调节，再经PLC的D/A模块控制张力控制器矩，达到控制薄膜张力的目的。
对于翻转张力的控制，张力检测器测得的张力信号，经张力扩大器扩大后送往张从而控制转轴的转矩，达到控制薄膜张力的目的。
厚度计测得的厚度信号也送往PLC的A/D模块。
正常卷取和翻转过程中的薄膜卷取恒速恒张控制系统硬件构成如图4所示。
编写绘制卷取电机各量变化图形的程序、卷取过程动画和实时运算的程序、翻转过程动画以和实时运算的程画和实时运算界面。
根据计算结果可以选择所需硬件型号。
绘制了薄膜牵引和卷取恒速恒张控制系统主回路，编码器信号处理电路，薄膜牵引和卷取恒速恒张控制系统可编
4 软件设计
4.1 牵引和卷取的速度同步控制
牵引和卷取的速度同步控制框图如图10所示。
由于ATV-18系列的变频器具有模拟量输入和内置PI调节器由PLC的速度检测指令和算术运算指令采用M法测速，计算出牵引电机转子转速(单位：r/s)和卷取电机转算出卷取电机角速度(单位：rad/s)、卷膜直径D (单位：m)。
牵引电机转子转速乘以此时两电机的传动比与卷换成频率反馈值(单位：Hz)，进而变换成电压反馈值(单位：V)，经PLC的D/A模块输出，送给变频器2的
在给定线速度的前提下，计算出牵引电机的期望角速度(单位：rad/s)和期望转速(单位：r/s)，进而计算出牵PLC的D/A模块输出，送给变频器1的速度给定输入端AI1。
在给定线速度的前提下，计算出卷取电机的定子的期望转速n1M(单位：r/s)，进而计算出卷取电机的定子的D/A模块输出，送给变频器2的速度给定输入端AI1。
4.2 卷取张力的PI控制
卷取张力的PI控制采用FX2N的PID功能指令。
D158存储张力设定值(SV)，D154存储张力反馈值(PV)，张力设定值时，M145为ON，正动作，当张力反馈值小于张力设定值时，M147为ON，反动作[3]，相关梯形图PID指令使用的是位置式输出的增量式PID算法，控制算法中使用了反馈量的一阶惯性数字滤波、不完全微的控制效果。
计算公式如下[3]：
正动作：
4.3 控制流程图
薄膜牵引和卷取恒速恒张控制系统控制流程图如图12所示。
图中D1max为翻转初始时的膜卷直径。
4.3 梯形图
利用FX-PCS/WIN-C专用编程软件编写并绘制梯形图。
计算机与可编程控制器就地通信和远程通信只需对专协议见相关介绍[5]。
利用三菱SW3D5C-LLT-C模拟仿真软件（梯形图逻辑测试工具）对梯形图进行逻辑测试。
在没有FX2N-64MR-0的运行情况[6][7]。
5 结束语
采用牵引电机、卷取电机转速的协调控制方法，使卷取电机转速跟随牵引电机转速，实现正常卷取和翻转电机转速控制和张力控制都加入了PI调节器进行校正。
避免了由于牵引速度和卷曲速度不同步而造成的薄膜在翻转过程薄膜的收卷质量。
参考文献
[1] 吕砚山主编，常用电工电子技术手册，北京，化学工业出版社，1995，1
[2] 王善勤，塑料挤出成型工艺与设备，北京，中国轻工业出版社，1998
[3] MITSUBISHI ELECTRIC, The FX Series of Programmable Controller (FX0,FX0S,FX0N,FX2N,FX2NC)[J], Novem
[4] MITSUBISHI ELECTRIC, FX-PCS-WIN-E SOFTWARE MANUAL[C], February 1999
[5] MITSUBISHI ELECTRIC, MITSUBISHI. FX COMMUNICATION (RS232C，RS485) USER’S MANUAL[C], M
[6] MITSUBISHI ELECTRIC, GPP Function for Windows SW3D5C-GPPW-E(V) Operating Manual
[7] MITSUBISHI ELECTRIC, GPP Function for Windows SW3D5C-GPPW-E(V) SW3D5C-LLT-E(V) Operating Manu
如果您需要本文作为学习或工作的参考资料，请【放入我的收藏】，以供随时在线阅读。
相关论文
• 变频泵站节能调速范围的确定
• KFL基调仪在热网加热器水位调节系统改造中的应用
• 高炉主卷扬“飞车”的原因及改进措施
• 巧用RS-232串口RTS信号线在“虚拟灶台”的应用技术
• 船舶电站电压－无功协调控制装置的研制。