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摘 要：三菱張力控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于我公司生產(chǎn)中，它以其高精度、高效率、多功能、易操作等優(yōu)點(diǎn)，解決了多年來未能解決的難題，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：張力控制；閉環(huán)系統(tǒng)；滑差轉(zhuǎn)矩

　　廣東國(guó)鋼機(jī)械有限公司是一家針對(duì)如OPP、PET、PE、離形紙、麥拉、雙面膠、泡棉等各式包裝材料、精密電子膠帶及紙類分切復(fù)卷的加工生產(chǎn)，專業(yè)制造高速分條機(jī)設(shè)備、分切復(fù)卷機(jī)組系列，以及各式大型涂布設(shè)備等膠粘帶包裝機(jī)械的專業(yè)研發(fā)制造單位。

    由于我公司所設(shè)計(jì)制造的設(shè)備大部分都需要有收放卷裝置，因此均離不開張力控制系統(tǒng)和執(zhí)行裝置。如高速OPP膠帶分條機(jī)設(shè)備（最小分條寬度12mm、最高機(jī)速300m/min）；大型分切復(fù)卷設(shè)備（最大寬度1600mm、放卷直徑800mm、收卷最大直徑650mm）。張力控制系統(tǒng)性能的好壞，直接關(guān)系到我公司生產(chǎn)的設(shè)備的性能的好壞，而一個(gè)性能穩(wěn)定、控制精確的張力自動(dòng)控制系統(tǒng)的建立，則有賴于張力檢測(cè)裝置、控制系統(tǒng)和執(zhí)行裝置這三者自身性能的優(yōu)越以及相互間完美配合。因此，我公司在選定設(shè)備的張力控制系統(tǒng)的時(shí)候，都會(huì)根據(jù)設(shè)備的性能，圍繞著“高性能、高精度、高效率、自動(dòng)化、先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)實(shí)用性結(jié)合”這一原則進(jìn)行周密的選型。

　　以下就和大家談?wù)勎覀冊(cè)谠O(shè)備的張力控制系統(tǒng)選定時(shí)的一些認(rèn)識(shí)：

一、張力控制系統(tǒng)的建立

　　控制張力的方式基本上有兩種，一種是轉(zhuǎn)矩控制，一種是速度控制。張力控制器+磁粉制動(dòng)器/磁粉離合器(或其他可以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如：伺服電機(jī)、矢量變頻器等)屬于扭矩控制方式，它與通過速度控制方式的張力控制模式相比，只需調(diào)節(jié)控制器的電流或電壓，即可直接調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的扭矩，從而獲得線性效果極佳的張力控制效果，因此就能很容易地控制放卷或收卷材料的張力，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精度高，對(duì)進(jìn)行薄膜及膠粘產(chǎn)品加工生產(chǎn)的設(shè)備尤為適用。鑒此，我公司基本選擇這一張力控制方式。

　　在轉(zhuǎn)矩控制模式的張力控制中，又可以有手動(dòng)、半自動(dòng)及全自動(dòng)的張力控制模式。我公司由于一向追求“高性能、高精度、高效率、自動(dòng)化”這一經(jīng)營(yíng)理念，因此張力控制系統(tǒng)都是選擇半自動(dòng)和全自動(dòng)的。

二、張力控制器的的選擇

　　在閉環(huán)張力自動(dòng)控制系統(tǒng)中，張力控制器可以說是整個(gè)控制系統(tǒng)中的核心和靈魂，而用作控制部分的硬件，可以是作為通用設(shè)備的PLC和作為專用設(shè)備的張力控制器。

　　由于PLC只是一個(gè)通用的硬件，采用它來進(jìn)行張力的閉環(huán)控制，必須根據(jù)設(shè)備的張力控制需求及設(shè)備的特性編寫控制程序，其張力控制效果及性能的好壞會(huì)因PLC自身的硬件性能和軟件的制作水平不同而差異較大，這就導(dǎo)致其應(yīng)用對(duì)設(shè)計(jì)人員和維護(hù)人員的技術(shù)能力有一個(gè)很高的要求：軟件編寫人員對(duì)編程軟件和硬件以及各種算法知識(shí)都要非常的熟悉！其控制穩(wěn)定性和可靠性亦由系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的技術(shù)水平?jīng)Q定，因此張力控制的效果可能得不到保證。

　　另外，使用PLC進(jìn)行張力控制時(shí)，在設(shè)備的調(diào)試過程中會(huì)相當(dāng)?shù)刭M(fèi)時(shí)耗日，往往要對(duì)軟件部分進(jìn)行多次修改才能看到效果。同時(shí)，當(dāng)設(shè)備管理人員發(fā)生交替時(shí)，就必須交接維護(hù)技術(shù)資料，而更新PLC時(shí)，更需要重新對(duì)其進(jìn)行軟件寫入和硬件的設(shè)定，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，往往維護(hù)非常困難。

　　基于以上諸多不穩(wěn)定性，再考慮到以PLC進(jìn)行閉環(huán)張力控制的系統(tǒng)構(gòu)建成本，由于必須通過眾多的A/D、D/A模塊的轉(zhuǎn)換以及張力檢測(cè)器+張力放大器的信號(hào)反饋才能實(shí)現(xiàn)其控制，其資金投入也不低，我們認(rèn)為它不是最佳的選擇。

　　鑒此，我公司更傾向使用專用張力控制器來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的張力控制。在我們?cè)?jīng)使用的歐美、日本及國(guó)內(nèi)包括臺(tái)灣在內(nèi)的外眾多品牌中，我公司最終選擇了具有理想的性價(jià)比的三菱半自動(dòng)張力控制器LD-30FTA和全自動(dòng)張力控制器LE-40MTA-E，其原因有以下幾點(diǎn)：

　　1、半自動(dòng)張力控制器LD-30FTA：該控制器是一個(gè)卷徑檢測(cè)式張力控制器，檢測(cè)方式可以是通過接近開關(guān)輸入卷軸運(yùn)行的脈沖來檢測(cè)材料厚度的增減，也可以利用超聲波進(jìn)行檢測(cè)，從成本及安裝便利等因素考慮，我公司都是采用接近開關(guān)的方式。該控制器對(duì)比同類半自動(dòng)張力控制器，具有功能豐富，設(shè)置簡(jiǎn)單，操作方便，性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。我公司一般在分切及復(fù)卷設(shè)備上都使用該控制器。例如在一種分切鐳射膜的雙搖臂分條機(jī)就采用該控制器來收卷，因?yàn)檫@種膜要求張力非常穩(wěn)定，如用其他品牌的張力控制器控制，因張力不穩(wěn)很容易拉斷、刮傷。由于該控制器本身已具有內(nèi)部及外部錐度控制的功能，錐形斜率就比其它控制器效果做得好，所以有一些大復(fù)卷機(jī)做的材料要求收得內(nèi)緊外松，它就可以很好的發(fā)揮。另外，該控制器所具有的根據(jù)8種不同材料進(jìn)行8種不同控制設(shè)定選擇的模式也比較實(shí)用，不同的材料只需第一次設(shè)定好后下次便可直接進(jìn)入，不必?fù)?dān)心換人開機(jī)后因設(shè)定不好而影響其控制效果

　　2、全自動(dòng)張力控制器LE-40MTA-E：與三菱LX-TD系列張力檢測(cè)器配合，性能穩(wěn)定，比半自動(dòng)控制器的功能更強(qiáng)大，操作更方便，控制更精確。該控制器的初始設(shè)定簡(jiǎn)單，只要完成了滿量程設(shè)定、調(diào)零設(shè)定及配重設(shè)定，運(yùn)行時(shí)只需設(shè)定好目標(biāo)張力，即可在材料的放卷、收卷以及中間送料的各部分運(yùn)動(dòng)過程都會(huì)讓線上實(shí)際張力迅速地自動(dòng)追蹤到目標(biāo)張力。該控制器主要是通過其DC0～24V的輸出端子控制磁粉或磁滯制動(dòng)器和離合器，同時(shí)也可以通過其DC0～5V或DC0～±5V的輸出端子控制伺服電機(jī)、直流電機(jī)和矢量變頻器，實(shí)現(xiàn)效果極佳的轉(zhuǎn)矩控制。

　　在控制較小張力的時(shí)候，我公司一般都是選擇張力控制器控制磁粉類執(zhí)行機(jī)構(gòu)這一模式，而對(duì)于一些張力要求很大，或者收放卷的線速度要求高，卷徑變化大的場(chǎng)合，我公司就利用該控制器控制伺服或直流馬達(dá)及矢量變頻器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制模式。比如我公司的一種大型上膠設(shè)備上的收放卷就是用它來控制矢量變頻器進(jìn)行收卷的，因?yàn)榇嗽O(shè)備加工處理的材料厚度約30cm，長(zhǎng)8000多米，要求張力非常大，要求前后張力均要穩(wěn)定且須配合好，否則很容易被中間卷軸卷進(jìn)去纏在一起，或者是被拉斷。這種設(shè)備的收卷軸滿卷后要求不停機(jī)自動(dòng)換軸，LE-40MTA-E上的不停機(jī)自動(dòng)換卷功能有很好的滿足了這一要求，不會(huì)像其他品牌換軸之后短時(shí)間內(nèi)張力會(huì)出現(xiàn)過大或跟不上的現(xiàn)象，造成材料拉伸、變形，嚴(yán)重的會(huì)斷裂或卷成一團(tuán)。若是中途停機(jī)再啟動(dòng)，使用LE-40MTA-E的失速存儲(chǔ)復(fù)位功能，不會(huì)造成張力突變，且能使線上張力很快的自動(dòng)追蹤到目標(biāo)張力，其他的控制器則不能反應(yīng)這么快，往往會(huì)出現(xiàn)重新啟動(dòng)后一段時(shí)間的張力不穩(wěn)定。

　　LE-40MTA-E全自動(dòng)張力控制器卓越性能的發(fā)揮，有賴于作為張力信號(hào)的監(jiān)視和反饋的三菱LX-TD系列張力檢測(cè)器的完美配合。三菱LX-TD系列張力檢測(cè)器為差壓式張力檢測(cè)器，由于其具有抗磨耗、抗疲勞、抗沖擊性強(qiáng)、靈敏度高、線性良好及可在360度內(nèi)任意角度安裝等特點(diǎn)，同時(shí)從0～2000N的張力范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)有六個(gè)張力段檢測(cè)器可供選擇，令人使用起來得心應(yīng)手。

　　由于LE-40MTA-E張力控制器性能穩(wěn)定，界面清晰，操作簡(jiǎn)單，控制細(xì)膩，深受我公司設(shè)計(jì)及調(diào)試人員的喜愛，也深受我公司廣大用戶的推崇。

四、張力執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選定

　　在前面的介紹中也曾提到，作為收放卷設(shè)備的張力控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要有磁粉和磁滯離合器/制動(dòng)器、氣動(dòng)離合器/制動(dòng)器、伺服電機(jī)、矢量變頻器等等。根據(jù)設(shè)備上不同的張力控制的范圍和精度要求，可以選擇不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一般來說，我公司都是使用磁粉離合器/制動(dòng)器來控制收放卷直徑在1米左右的設(shè)備的張力，而對(duì)于收放卷直徑在1米5以上，卷徑變化范圍大的設(shè)備，我公司大都考慮使用直流電機(jī)或用如三菱的FR-A700系列的矢量變頻拖動(dòng)普通電機(jī)的方式來做張力控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　雖然目前的磁粉產(chǎn)品除三菱品牌之外，還有國(guó)內(nèi)國(guó)外的很多品牌可以選擇，而且三菱磁粉產(chǎn)品的售價(jià)與其他品牌相比都比較貴，但我公司給客戶選配或推薦的主要還是以三菱的為主，因?yàn)槿獯欧垭x合器和磁粉制動(dòng)器有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　1、容易控制，通過調(diào)節(jié)電流，即可獲得任意可調(diào)的細(xì)膩扭矩。因此即使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，只要保持電流為一定值，則扭矩也保持一定，激磁電流與轉(zhuǎn)矩配合的線性效果明顯。

　　2、扭矩控制范圍廣，磁粉離合器/制動(dòng)器對(duì)于額定扭矩的扭矩控制范圍是1～100％。而其他的品牌往往在低轉(zhuǎn)矩時(shí)表現(xiàn)遜色，因此在低扭矩區(qū)域容易出現(xiàn)啟動(dòng)故障（開始收卷時(shí)）。

　　3、張力控制精度高，即使是覆膜機(jī)、涂層機(jī)等低速機(jī)械，也無需使用減速機(jī)，因此受機(jī)械損耗的影響較少。低速旋轉(zhuǎn)也能獲得穩(wěn)定的滑差轉(zhuǎn)矩。（收卷時(shí)，通過使用磁粉離合器的逆轉(zhuǎn)輸入，即使在超低速旋轉(zhuǎn)或停止時(shí)，也能進(jìn)行穩(wěn)定的張力控制。）

　　4、影響磁粉離合器壽命的二個(gè)主要部件是磁粉和軸承。與三菱磁粉比較，國(guó)產(chǎn)磁粉產(chǎn)品存在下列性能方面的問題：磁粉的顆粒大、耐磨性差，使用壽命短；扭矩穩(wěn)定性差；產(chǎn)品之間的差異大，無法達(dá)到產(chǎn)品手冊(cè)宣稱的數(shù)值。其原因是零部件加工精度低，動(dòng)作面未實(shí)施硬化處理，導(dǎo)致磨耗劣化快、使用壽命短；使用耐熱性較低的軸承；另外軸承無密封功能，導(dǎo)致磁粉滲漏。

總結(jié)：

　　我公司在設(shè)計(jì)、制造膠粘帶加工生產(chǎn)的專業(yè)設(shè)備上，由于一直堅(jiān)持不斷地消化、吸收和靈活運(yùn)用包括日本三菱在內(nèi)的國(guó)內(nèi)外有關(guān)張力控制的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，堅(jiān)持“技術(shù)創(chuàng)新，加強(qiáng)品質(zhì)，客戶至上”的經(jīng)營(yíng)理念，堅(jiān)持設(shè)備性能的高定位和控制系統(tǒng)的高配置，終于在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中走出了一條自己的路。目前，我公司的產(chǎn)品普遍地得到臺(tái)灣地區(qū)、中國(guó)各省自治區(qū)各大膠粘帶制品業(yè)者的信任與支持，設(shè)備銷售網(wǎng)絡(luò)遍及臺(tái)灣、新加坡、馬來西亞、印度、越南等國(guó)家和地區(qū)。

　　實(shí)踐證明，選用質(zhì)量可靠、性能優(yōu)越的張力控制產(chǎn)品，不僅提升了我公司的技術(shù)水平，提高了我公司的設(shè)備檔次，也給我公司及我們的用戶帶來了好的效益。