李昌泽　陈乐

摘要：在造纸、印刷等连续加工生产线中，通常都由放卷、收卷以及一系列中间机架、张力辊等组成。在这一系列的过程中，对于张力的控制是最为重要的。如果张力大小不合适，就会造成一系列工艺故障。如果张力过大，就会导致纸张发生拉伸变形;如果张力过小，则纸张层与层之间容易发生应力形变，导致收卷不整齐，这些情况都会造成纸张浪费，影响机器运转效率，增加劳动强度，而最终影响纸张的质量。可以这样说，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，所以为保证张力控制系统顺利工作、维持卷料承受最佳张力，就要充分了解张力控制系统。本文介绍了张力控制系统的控制方式，张力控制系统结构及原理，传感器的选择和误差分析及解决，帮助大家更好的了解张力控制系统的原理。

关键词：张力检测;电阻应变力传感器;控制系统;放卷

1纸张卷料张力控制系统概况

本文设计的张力控制系统主要由放卷张力控制系统、牵引张力控制系统和收卷张力控制系统三部分组成，通过张力传感器、张力控制器、变频控制器、磁粉制动器等元器件实现卷筒材料的恒张力控制。

在纸张生产过程的流程中，卷绕是最后一道工序，也是一个重要的工序。随着产品的不断卷绕，卷简的直径逐渐增大。而在这个过程中，要求时刻保持着一定的张力。因为张力过大，会造成产品厚薄不均，或是线径发生变化;而张力过小，将使卷绕的产品松驰，所以为了使产品在收卷的过程中能够保持恒定的线速度，就必须使用张力控制技术来控制纸张卷料的过程。

2设计方案

张力控制系统包括张力传感器、张力控制器、变频控制器、磁粉制动器，张力读出器，在对张力控制系统进行设计的时候，不仅要具体场合具体分析，还要考虑性价比，如在本文中对于常用技术方案的对比分析中，相对于张力传感器来说，两个伺服电动机控制张力系统的精度更高，但是因为两个伺服电动机控制张力系统价格更高，在对于纸张卷料张力控制系统这种大频率的控制系统来说，运用张力传感器来检测张力性价比更高

在简单的卷绕控制系统中，假设使用的执行结构是磁粉制动器（放卷侧）和磁粉离合器（收卷侧），只需手动改变接在线圈两端的电压，磁粉磁化程度发生变化，固定部件与运动部件之间的摩擦力发生变化，引起了运动部件的运动阻力变化，同时卷绕系统的材料张力就得到改变。

当张力的精度要求高时，可通过张力传感器、PID控制器、磁粉制动器（或磁粉离合器）等组成闭环控制系统，或者是张力传感器、PID控制器以及变频器、电动机组成闭环控制系统，另外还可在卷绕系统中加入触摸屏用于全线生产速度和全部工艺参数的设定。PID控制器可由PLC的内部模块或者PID指令设定。变频器（VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备，变频调速电气传动调速范围大，静态稳定性好，运行效率高，是一种理想的调速系统。

伺服电机根据脉冲频率变化产生相应的动作变化，其响应特性和抗过载能力虽然高于变频器驱动的交流电机，精度相对要高。但是张力检测系统线性好、响应快以及检测范围宽，而且从成本来看，张力传感器更适应于大频率控制系统，所以本文参用的是通过张力传感器来检测张力。

3设计内容

本文设计的张力控制系统主要由放卷张力控制系统、牵引张力控制系统和收卷张力控制系统三部分组成。

放卷张力控制系统其工作原理为：张力传感器检测到放卷张力实际值并将其反馈给张力控制器，与张力控制器中的放卷张力预定值相比较，二者之间的偏差经PID运算后并输出控制电压，对磁粉制动器作用在放卷轴上的阻力矩进行控制，从而达到调节放卷张力的目的。

牵引张力控制系统其工作原理为：在生产过程中，当卷筒材料的牵引张力发生变化时，摆辊会做出相应的摆动量，此时高精度电位器间接测出牵引张力的变化，随后将相应信号反馈到牵引辊驱动器，经PID调整后控制牵引辊的运转速度，通过改变低摩擦气缸的压力来调整摆辊的摆动量，使其在设定的位置保持稳定，即实现牵引张力控制。

收卷张力控制系统通过张力传感器来检测收卷张力实际值，然后再反馈给收卷张力控制器，与其预定值相比较，二者之间的偏差经PID运算后并输出控制电压到收卷电机驱动器，调整收卷电机的运转速度，实现恒张力控制。在有些设备的收卷张力控制系统中，往往会加入锥度张力控制系统，其可使收卷过程中卷筒材料处于内紧外松的状态，从而使卷筒材料的层与层之间不发生打滑，提高后道工序的张力稳定性，根据实际经验，锥度控制值小于10%为佳。

4结论

本文针对纸张卷料过程中最常见的张力过大或者或小导致纸张质量下降的问题，设计了一个张力控制系统来解决这个问题。本文设计的张力控制系统方法只是其中一种思路，还有其他很多方法，但是无论运用什么方法去设计张力控制系统，都要使得张力控制系统具有良好的检测能力，调节能力和抗干扰能力。

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