变频系统张力控制应用

变频系统 张力控制应用 张力系统 张力传感器 张力控制 张力控制器

烟台五丰电子科技有限公司

变频调速系统的张力设计

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1 引言

在工业生产的很多行业中，都需要进行精确的张力控制，保持张力的恒定，以提高产品质量。这些行业如造纸、包装、印刷、染整、线缆、纤维、橡胶等片材、线材和带材的加工和制造。从行业的发展趋势看，张力系统在很多应用领域中是控制产品质量和生产效率的重要因素，并将得到越来越多的重视。

2 典型的张力控制系统

图1所示为典型的张力控制收卷和放卷示意图。

1:电机 2:磁粉离合器 3:收卷芯 4:传动轮 5:张力检测辊

6:张力传感器 7:放卷芯 8:磁粉制动器 9:自动张力控制仪 10:控

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制器

图1 张力控制收卷和放卷示意图

张力控制系统，其基本元件包括张力控制器，离合器及制动器。张力控制可以分成手动控制和自动控制。手动控制器即稳流，电流是依收料或出料的变化而分阶段手动调整离合器或制动器的激磁电流，从而获得一致的张力。自动张力控制器由张力传感器检测张力，控制器把张力数据处理后再去自动调整离合器或制动器的激磁电流从而控制

卷绕物的张力。在放卷端

，放料的张力

是依设于放料组的磁粉制动器的扭矩而定。在收卷端

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，收料张力由磁

粉离合器的传递扭矩来决定，为要保持固定的张力，须按卷径的大小来加大或减少传递扭矩。自动张力控制器是以单片机为核心的一种新型智能张力控制器，其响应速度快，控制精度高，led数字显示张力值，手动/自动两种状态能缓冲无断点切换，使运转更加平滑；在自动状态下如卷绕物意外断裂或整机停机，该控制器能自动保持断点时的张力。

自动张力控制器启动后自动进入手动状态，而后如果触发手动/自动键，则自动灯亮，控制器进入自动状态。再触发则又返回到手动状态。在手动状态下，可以在额定范围内调节输出电流的大小，同时可以观察到实际张力的大小的变化。同时可以调节设定张力的张力值，当有加调节键或减调节键按下时，设定张力将改变。无论在手动状态或自动状态，如果按下存储键，则把当前的设定张力值和加载电流值保存，即使断电后，仍被存储。当系统复位或重新启动时，设定张力和输出电流将自动恢复成存储值。

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3 张力传感器和张力信号 张力传感器的功能就是能在生产过程中对片材、线材、带材及其它类似产品的张力进行在线连续测量，并能提供瞬时值。 常见的张力传感器主要有以下几种：

3.1 承座式张力传感器

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，将它们装在检测导辊两侧的端轴上，料带通过检测导辊施加负载，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，并将此张力数据转换成张力信号反馈给张力控制器，最终实现张力闭环控制。其优点是检测范围宽，响应速度快，线性好。缺点是不能吸收张力的峰值，机械的加减速难以处理，不容易实现高速切换卷等。因此，当处于平衡状态的张力控制系统受到较强的干扰时，系统瞬间来不及作出反应，料带上张力变化的幅度值会较大，对张力控制尽快重新进入平衡状态不利。

图2 张力传感器的测量原理和工作原理

a)张力分析 b)不受力时的张力传感器 c) 不受力时的张力传感器 张力传感器放置在辊子的支持轴承下方，由刚性材料做成，它只对水平方向的张力起作用。当一定张力的片材通过该辊时，片材所受到的

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张力分成两部分（水平方向的力fr和垂直方向的力fv）。如图2a所示，设张力为t，ft为辊子和轴承的重力，α、β为片材的夹角，则

fr＝tx(cosβ–cosα)

fv=tx(sinα－sinβ)+ft 根据张力传感器的值fr就可以计算出该片材此时的张力值t。 承座式张力传感器一般是由特殊的刚性材料做成，如abb公司

pftl101a、101b系列的传感器是由crmos17组成的特殊不锈钢材料做成。其工作原理通常有以下三种：

（1）压磁式 张力传感器的初级线圈和次级线圈正确通过传感器的四个孔（其中初级线圈为激励线圈，次级线圈为感应线圈）。在正常情况下（即无水平张力）初级线圈的感应磁场如图2b所示，由于孔的合理放置，次级线圈无感应电压产生。当水平张力t作用在传感器上时，初级线圈的电磁场就会产生变化，从而次级线圈就会感应出相应的电压，如图2c。一旦水平张力作用改变方向，次级线圈的电压极性也相应改变。张力传感器的激励信号为330hz、0.5a的交流信号，张力作用的大小反映在输出信号的幅度上，张力的方向则反映在输出信号的极性上。信号放大器的作用就是先过滤为dc信号，然后通过增益运算放大器，最后可以选择适当的加法器、减法器等输出张力控制所需的纸幅a侧张力信号、b侧张力信号、a侧＋b侧的张力之和信号和a侧－b侧的张力之差信号。

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该类型传感器通常是由两块铁板和四片弹性钢片联接组成的。四片弹性钢片用来吸收垂直方向的分力，磁性测量元件安装在中间二片钢片的当中，使测力计只对测量方向上的机械应力敏感。在测量过程中，磁弹性元件由于受机械应力的变化，将产生磁性材料的导磁性能变化。该元件是用一种经过特殊技术处理过的多片金属薄片组成。在元件上绕有两个交叉而互成垂直角度的两个线圈，在没有外界机械应力时，因为两个线圈相互垂直，故不会出现磁耦现象，即在次级线圈上不会产生感应电压。当磁性元件在测量方向上受到机械应力时即出现磁耦现象。在次级线圈上产生与机械力成正比的感应交流电压信号，通过信号处理，输出一个与机械力大小成正比的张力信号。

（2）压敏电阻 该传感器安装于轴承和机架之间，记录水平方向的卷筒张力，采用相应的放大器来进行全桥电压供给和测量信号的处理。放大器输出端的信号和径向作用力成比例，可用于数字显示或作为闭环回路的瞬时值。

如美国蒙特福、我公司WUPB轴台式传感器等

（3）板簧式微位移张力传感器

承座式优点是检测范围宽，响应速度快，线性好。缺点是不能吸收张力的峰值，机械的加减速难以处理，不容易实现高速切换卷等。因此，当处于平衡状态的张力控制系统受到较强的干扰时，系统瞬间来不及作出反应，料带上张力变化的幅度值会较大，对张力控制尽快重新进入平衡状态不利。

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如日本三菱lx-td型属于板簧式微位移张力传感器。

3.2 浮辊式(dancerarm)张力检测方式

它是一种间接的张力检测方式，实质上是一种位置控制，当张力稳定时，料带上的张力与气缸作用力保持平衡，使浮辊处于中央位置。当张力发生变化时，张力与气缸作用力的平衡被破坏，浮辊位置会上升或下降，此时摆杆将绕m点转动并带动浮辊电位器一起转动。这样，浮辊电位器准确地检测出浮辊位置的变化，它将以位置信号反馈给张力控制器，控制器经过计算并输出控制信号，控制伺服驱动系统 …… 此处隐藏：7280字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……