开卷机恒张力控制

华丽转身

在生产线的线速比较高的情况下，必须对无纺布的张力进行控制，因为张力太大，无纺布可能被拉断或者出现褶皱，如果张力太小，无纺布无法被驱动轮带动，因为驱动轮是靠一定的无纺布的张力预紧而产生摩擦驱动力来输送无纺布的，这就好比一根皮带，如果皮带没有预紧力，皮带轮无法驱动皮带旋转。所以在实际的开卷中，往往需要对无纺布进行恒张力控制。但是要做到恒张力，并不是很容易。


首先看一下跟放卷有关的部件，包含驱动电机，驱动轮，放卷电机，具体可以看上图。驱动电机是提供驱动力的，放卷电机是提供阻力矩的，放卷电机的旋转方向和转速方向相反，换句话说，放卷电机工作在发电机状态。在恒张力控制中，用的比较多的方法是控制放卷转矩。这种方法是令放卷电机工作在扭矩模式，而不对放卷速度进行控制。

因为放卷的过程中，材料卷的直径在不断减小，所以为保证无纺布的张力恒定，根据公式 Mm = T*d,放卷扭矩M也需要不断地减小。材料卷的直径可以通过超声波传感器实时地测量出来，也可以通过转速换算出来，公式为 Nm * d = Nd * r，（d，r分别是材料卷和驱动轮的实时半径，Nm和Nd分别是放卷电机和驱动电机的实时转速，可以通过编码器实时地测量转速）。

那么在开卷过程中，放卷电机的转速到底是由什么决定的呢，我的看法是 放卷电机的转速是靠张力、驱动力矩、材料卷直径d三者来动态决定的，而且是逐渐上升，换句话说是逐渐加速的。根据力矩平衡公式 T*d - Mm = J * Nm ，假设材料卷在第一圈和第二圈放卷时的半径分别时 d1 和 d2, 第一圈 和第二圈 一圈无纺布的长度分别是 L1 和 L2。那么第一圈 和第二圈 张力 T1 和 T2 分别为 T1 = K* ΔL1，T2 = K* [ΔL1+ 2*pi(d2-d1）]，那么
T2/T1 = K* [ΔL1+ 2*pi(d2-d1）]/K* ΔL1 = 1+2*pi(d2-d1）/ΔL1,          ①

且 d2/d1=1+(d2-d1）/d1,                                                                  ②
比较①式和②式，因为ΔL1远远小于d1，所以①式远远大于②式，也就是说，张力的增大速度远远比直径减小速度要大得多，所以驱动力矩 T*d 是逐渐增大的，所以材料卷的转速（也就是放卷电机的转速）是逐渐增大的。而这正好可以被 转化成 材料卷的实时直径被用来做放卷电机的扭矩控制。


说了这么多，不知道我对放卷电机的转速的变化过程的理解是否正确？

希傲

8爷说的前面速度基准，后面力矩跟踪一般是用在轧机类或带有收卷的设备上。

你的行业根据你的描述用法可能有所不同，假设你是用放卷机控制张力，速度基准则由驱动电机控制，力矩跟踪的控制上（升降速）方向需要改变，总体意思还是不变。

华丽转身

螺旋线 发表于 2019-9-1 14:43
看了大侠的回复，以前是搞机械的吧。改行了？
电和机械一样的，要基础，无他，唯手熟尔。
力矩模式就是只和 ...

螺旋大侠，我以前是搞纯机械的，现在是机械和电气都沾点边。懂点电气的不容易被忽悠，对以后的职业发展也有利。现在是玩东西容易卡壳，还是得多实践积累经验才行。

我之前搞不清楚的是当力矩达到设定力矩之后，速度怎么变化，取决于什么?  希傲大侠点醒我了

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一般有一个活套，或者活套棍子，控制起套高度，就可以，放卷用普通变频就行，带钢也是的，

厚度大的，不能起套的，就用模型，

前面夹送辊与后面放卷棍子在一个模型里面，用前后的张力关系模型，连轧机就是那样的，只是有些区别，张力在一个幅度内可控，

你多找模型看吧！，看的少，多看，

希傲

以前做过铜带酸洗线收卷机的恒张力控制，普通设备最简单的实现办法用变频器配合称重传感器PID控制，放卷转速不变，线速度不做控制，根据给定张力和反馈张力自动调整收卷速度，效果很不错。

放卷调整类似，若要恒线速度恒张力，则通过中间辊检测或卷径计算来调整收放卷速度。

华丽转身

希傲 发表于 2019-8-31 10:08
以前做过铜带酸洗线收卷机的恒张力控制，普通设备最简单的实现办法用变频器配合称重传感器PID控制，放卷转 ...

“放卷调整类似，若要恒线速度恒张力，则通过中间辊检测或卷径计算来调整收放卷速度。”

希傲大侠，你是让放卷电机工作在速度模式吗？

我看有些例子是将放卷电机设置在速度模式，控制放卷速度，同时设定一个放卷转矩的最大限制值。放卷速度要设置地稍微高一点点：Nm = （Nd * r/d） + N_offset， 其中 N_offset 是额外人为附加的转速，用来控制张力值，和张力成正比例关系。

如果不安装中间活动辊，无论将放卷电机设置在 扭矩模式或者是速度模式，都是属于开环控制。
如果想让控制精度高一点，需要设置一个活动辊实时测量张力，并修正放卷扭矩或放卷转速。

华丽转身

希傲 发表于 2019-8-31 10:08
以前做过铜带酸洗线收卷机的恒张力控制，普通设备最简单的实现办法用变频器配合称重传感器PID控制，放卷转 ...

其实我打算让 放卷电机运行在扭矩模式，用控制扭矩的办法去控制张力。

我想不明白的是 放卷电机的转速 是怎么变化的，因为运行在扭矩模式，这时候不对放卷电机的转速进行控制，理论上说，如果外部负载扭矩大于或等于电机的设定扭矩，那么放卷电机的转速就是跟随负载运动的，如果外部负载扭矩小于电机的设定扭矩，那么放卷电机就受设定扭矩控制。但是我不太确定是不是这样。

希傲

张力环节必定是成对的，一般一个控制速度，另一个控制扭矩，两个数值都是根据生产需要来设定。

假定你无纺布的线速度要求恒定，放卷电机速度变化自然由于卷径的变小而增大转速。

外部负载扭矩大于电机的设定扭矩，根据情况会超速甚至飞车，这是不正常状态，机械设计选型的时候就得把这种状态考虑进去，另外在控制上也需要把这种情况考虑到，有多重保障设备才更可靠。

华丽转身

希傲 发表于 2019-9-1 11:34
张力环节必定是成对的，一般一个控制速度，另一个控制扭矩，两个数值都是根据生产需要来设定。

假定你无纺 ...

大侠解决了我的困惑！谢谢大侠

现在很清楚了，放卷电机的转速是跟随夹送辊的速度来变化的。

至于电机飞车，在控制上，我会对放卷电机速度设置一个最大限制值，从控制上解决这个问题

华丽转身

华丽转身 发表于 2019-9-1 13:39
大侠解决了我的疑惑！谢谢大侠

现在很清楚了，放卷电机的转速是跟随夹送辊的速度来变化大。

大侠解决了我的疑惑！谢谢大侠

现在很清楚了，放卷电机的转速是跟随夹送辊的速度来变化大。

至于电机飞车，在控制上，我会对放卷电机速度设置一个最大限制值，从控制上解决这个问题

螺旋线

看了大侠的回复，以前是搞机械的吧。改行了？
电和机械一样的，要基础，无他，唯手熟尔。
力矩模式就是只和力矩有关，和转速没有半毛钱的关系。实际就是，输出力矩小于给定力矩，电机就一直加速，直到力矩平衡或者速度到达限定极限。反之同理。