張力控制要點(diǎn)

1、中國(guó)生活用紙和市場(chǎng)發(fā)展前景：生活用紙是與消費(fèi)者關(guān)系密切的日常生活用品之一，凡有人群特別是婦女、兒童、老人的地 方就有潛在的消費(fèi)市場(chǎng)，屬于日不落工業(yè)。二十世紀(jì)九十年代以來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民在思想 文化觀念以及消費(fèi)習(xí)慣上的變化，中國(guó)生活用紙市場(chǎng)異軍突起，市場(chǎng)消費(fèi)潛力得到了空前的提升， 據(jù)統(tǒng)計(jì)，1999年中國(guó)生活用紙市場(chǎng)消費(fèi)總量約230萬(wàn)噸。目前生活用紙總的需求量仍在穩(wěn)定增長(zhǎng)， 在生產(chǎn)方面，企業(yè)向規(guī)模生產(chǎn)、集約化經(jīng)營(yíng)方面發(fā)展，技術(shù)裝備向大型快速現(xiàn)代化方向發(fā)展，水 平明顯提高；在市場(chǎng)方面由于生產(chǎn)能力的增加，供方市場(chǎng)的形成以及經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向期造成的下崗人員 的增加，致使消費(fèi)者對(duì)價(jià)格變動(dòng)敏感性提高，生活用紙和

2、其他消費(fèi)品一樣進(jìn)入微利時(shí)代，市場(chǎng)競(jìng) 爭(zhēng)十分激烈。中國(guó)是全球人口最多的國(guó)家，在以往20年中，中國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)世人矚目的快速增長(zhǎng)，近兩年即 使受到亞洲金融危機(jī)的影響，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)率仍達(dá)到7%以上。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)， 城鄉(xiāng)人民收入穩(wěn)定增加，致使對(duì)消費(fèi)品的需求亦有強(qiáng)勁增長(zhǎng)，隨著人民生活水平的不斷提高，生 活用紙市場(chǎng)在今后十幾年內(nèi)仍將持續(xù)繁榮，總量穩(wěn)步增長(zhǎng)并逐漸呈現(xiàn)小康型消費(fèi)特征。消費(fèi)層次 出現(xiàn)多樣化且向中高檔過(guò)渡，消費(fèi)領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也更加激烈。由于潛在的市場(chǎng)容量的 存在以及產(chǎn)品的升級(jí)換代，今后生活用紙有著非常好的發(fā)展前景，關(guān)鍵在于技術(shù)創(chuàng)新和降低成本， 開(kāi)發(fā)適合市場(chǎng)的產(chǎn)品，拓展農(nóng)村市場(chǎng)和

3、海外市場(chǎng)。目前我國(guó)生活用紙行業(yè)的設(shè)備狀況及存在的問(wèn)題：?jiǎn)螜C(jī)生產(chǎn)速度低，設(shè)備的柔性度低，自動(dòng)化程度低，生產(chǎn)線的設(shè)備制造水平低,技術(shù)裝備總體 水平低等方面。主要是臺(tái)灣產(chǎn)或仿制臺(tái)灣的大陸產(chǎn)設(shè)備，型號(hào)較舊、性能較差、單機(jī)生產(chǎn)能力低。 1991年后廣州保潔紙品公司、邯鄲舒爾美集團(tuán)公司、威海信威衛(wèi)生材料有限公司、福建恒安集團(tuán)、 廣東維達(dá)紙業(yè)股份有限公司等分別從日本瑞光、日本紙工機(jī)、日本東亞機(jī)工、意大利發(fā)明家、意 大利CCE、德國(guó)W+D、美國(guó)PCMC等公司引進(jìn)數(shù)十條高速、高性能的功能紙生產(chǎn)線，大大提升了我 國(guó)技術(shù)裝備的總體水平。在吸收消化國(guó)外設(shè)備先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，1997年后國(guó)產(chǎn)設(shè)備制造水平迅速提高，199

4、8年后， 功能紙生產(chǎn)線已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。大部分老設(shè)備也經(jīng)過(guò)技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了第一輪更新?lián)Q代。本人在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中從事的是功能紙生產(chǎn)系統(tǒng)中對(duì)原材料的張力控制，主要表現(xiàn)在利用三 菱FA工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中MR-J2S伺服控制系統(tǒng)及Q173-N運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線原材料中心開(kāi) 卷進(jìn)行控制。傳動(dòng)設(shè)計(jì)-張力控制系統(tǒng)在整個(gè)生產(chǎn)線生產(chǎn)過(guò)程中起到了致關(guān)重要的作用，因生產(chǎn) 線自動(dòng)化程度很高，所以張力控制系統(tǒng)的存在是對(duì)整條生產(chǎn)線利用原材料生產(chǎn)成品的過(guò)程中對(duì)原 材料的張力控制，保持原材料的拉伸、形狀、溫度與速度等等，并且與同步控制、自動(dòng)化控制緊 密相關(guān)，存在著相輔相成的作用。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中所采用的是日本三菱電機(jī)公司的

5、PLC控制系 統(tǒng)及伺服控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的選型及對(duì)控制方案的選擇后，針對(duì)自己所設(shè)計(jì)的專題進(jìn)行了圖 文并貌的說(shuō)明，并編制了 I/O地址表及PLC/SFC功能程序。此次張力系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)一步完善了以電 機(jī)控制的生產(chǎn)線自動(dòng)化控制，并對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線原材料生產(chǎn)起到了極大的輔助作用，為自動(dòng)化生 產(chǎn)的快速、高效、穩(wěn)定發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。生產(chǎn)線工藝流程對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求1生產(chǎn)工藝流程及對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求功能紙產(chǎn)品技術(shù)要求(根據(jù)GB-8939-1999標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)生護(hù)墊部分)、產(chǎn)品規(guī)格及偏差全長(zhǎng)：L=260mm偏差：L10%全寬：L=70 mm偏差：B10%條質(zhì)量：吸水質(zhì)偏差計(jì)算：上偏差(%)=(最大值一平均值)/

6、平均值X100%下偏差(%)=(平均值一最小值)/平均值X100%(注：平均值一10條樣片的平均值)、產(chǎn)品應(yīng)潔凈且均勻一致，防滲層完好，無(wú)破損，無(wú)硬質(zhì)塊。、產(chǎn)品兩端封口應(yīng)牢固，在吸水倍率實(shí)驗(yàn)時(shí)不破裂。、產(chǎn)品背膠粘合強(qiáng)度應(yīng)符合要求，即噴(刮)膠效果良好，產(chǎn)品頻繁使用時(shí)不位移，離型膜 不應(yīng)自行脫落，并能自然、完整撕下。生產(chǎn)線有關(guān)技術(shù)要求、穩(wěn)定運(yùn)行車速：P/MinN1200片/分、設(shè)備運(yùn)行精度：生產(chǎn)速度1200片/分時(shí)，產(chǎn)品行為公差10%、設(shè)備動(dòng)態(tài)性能：快速啟動(dòng)/停車時(shí)，產(chǎn)品過(guò)度偏差5% 、材料張力控制：在整個(gè)速度范圍內(nèi)，材料張力恒定。啟/制動(dòng)過(guò)程中無(wú)過(guò)度張力變化， 并能實(shí)現(xiàn)在線張力給定。卷芯驅(qū)動(dòng)放

7、卷裝置，以免損傷材料表面。在現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算材料卷 徑(自動(dòng)產(chǎn)生接料指令，并完成自動(dòng)接料過(guò)程)、自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)控制：系統(tǒng)應(yīng)配有相位自動(dòng)檢測(cè)裝置并能實(shí)現(xiàn)相位自動(dòng)補(bǔ)償；無(wú)料(斷料)檢測(cè)并實(shí)現(xiàn)不停機(jī)換料；不良品檢測(cè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)剔除次品；系統(tǒng)運(yùn)行故障檢測(cè)。、人機(jī)界面：應(yīng)具有運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)/手動(dòng)設(shè)定功能、操作指導(dǎo)功能、運(yùn)行監(jiān)視及故障點(diǎn)提示 功能等。、生產(chǎn)管理：各種單位時(shí)間的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)(班產(chǎn)量、日產(chǎn)量等)；成品率或廢品率統(tǒng)計(jì)；各種消耗統(tǒng)計(jì)(包括原材料、輔料、電耗等)；正常運(yùn)行時(shí)間及異常停機(jī)時(shí)間（停機(jī)率）統(tǒng)計(jì);各種報(bào)表自動(dòng)生成。生產(chǎn)線工藝流程說(shuō)明1、工藝流程說(shuō)明：（1）形式：左于橫出式生產(chǎn)線、超薄型、離型膜快易包裝；（2

8、）原料：芯料：采用高分子吸水紙并復(fù)合藥芯無(wú)紡布；滲水層：采用熱風(fēng)無(wú)紡布；防水層：采用PE流延膜。2、工藝流程簡(jiǎn)述：（1） 藥芯無(wú)紡布由伺服電機(jī)恒張力放卷，經(jīng)自動(dòng)接料器、浮輥及夾送輥 進(jìn)行結(jié)構(gòu)膠尖斷式噴涂后，送至吸轂切刀，根據(jù)工藝長(zhǎng)度要求切斷；（2）切斷后的藥芯被負(fù)壓吸轂“拉檔”后（拉檔距離由工藝參數(shù)決定）與吸水紙復(fù)合并送 入芯紙切刀，對(duì)芯紙按工藝要求進(jìn)行成形切斷；（3）滲水層無(wú)紡由恒張力放卷經(jīng)接料器、浮輥、結(jié)構(gòu)膠槍（連續(xù)）施膠，送入芯紙接料輥 并與芯紙復(fù)合后，再送入電熱壓花輥壓花；（4）防水層流延膜，由恒張力放卷，經(jīng)接料器、浮輥、結(jié)構(gòu)膠槍（連續(xù)）施膠后與帶有芯 紙并經(jīng)壓花后的無(wú)仿布復(fù)合，送入電

9、熱周封輥進(jìn)行周邊熱封，再經(jīng)負(fù)壓皮帶送入成品 切刀進(jìn)行成形切斷。至此，產(chǎn)品成型全過(guò)程結(jié)束，以下為快易包裝工藝流程。（5）離型包裝膜由恒張力放卷，經(jīng)接料器、浮輥、糾偏裝置、低溫膠槍（間斷）施膠后， 再經(jīng)導(dǎo)向料軸送入成切后活動(dòng)式接料皮帶，與成品護(hù)墊復(fù)合，送入包裝機(jī)。（6）經(jīng)包裝機(jī)折疊后，再經(jīng)壓送皮帶壓實(shí)送入電熱端封輥進(jìn)行端部熱封，再經(jīng)負(fù)壓皮帶送 入端切輥切斷。至此，產(chǎn)品單個(gè)包裝過(guò)程結(jié)束。（7）一個(gè)包裝成品經(jīng)端切輥后皮帶送入整列排隊(duì)機(jī)構(gòu)，由人工進(jìn)行中包裝、大包裝；或自 動(dòng)化裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)中包裝、大包裝，最后入庫(kù)。控制方案的比較和選擇（系統(tǒng)選型及系統(tǒng)配置）1控制方案比較張力控制根據(jù)用途有各種方式，這里就下

10、面4中方式說(shuō)明其概要及系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。（1）采用轉(zhuǎn)矩電流控制的張力控制。（2）采用拉延的張力控制。（3）采用調(diào)節(jié)輥的張力控制。（4）采用張力檢出器的張力控制。雖然根據(jù)控制方式有些不同，但張力控制多以轉(zhuǎn)矩控制為基礎(chǔ)，而其他控制對(duì)象多以速度控 制為基礎(chǔ)。另外，不管哪一種控制方式，下面所述的都是以滾筒與加工物之間不產(chǎn)生滑動(dòng)為前提 條件。2幾種張力控制方式（1）采用轉(zhuǎn)矩電流控制的張力控制：控制方式：圖2-1所示的系統(tǒng)，用滾筒1移動(dòng)加工物，給滾筒2施加與旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，使兩組 滾筒間的加工物具有張力。張力與傳動(dòng)滾筒2電機(jī)的再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小成比例。因此，逆變 器1可以采用頻率或速度控制方式的一般類型，

11、因而逆變器2必須使用具有轉(zhuǎn)矩控制能力的矢 量控制方式。轉(zhuǎn)矩電流控制方式采用直流機(jī)時(shí)，作為電樞電流張力控制最為簡(jiǎn)單，廣泛被應(yīng)用， 但采用逆變器傳動(dòng)的鼠籠機(jī)時(shí)，必須使用專用逆變器，所以應(yīng)當(dāng)與其它方式比較得失后再采用。設(shè)計(jì)要點(diǎn)：本方式當(dāng)加工物斷裂時(shí)滾筒2將反向恒轉(zhuǎn)矩加速，有超速的危險(xiǎn)，所以必須使用有速度限 制功能的逆變器。另外，為了滾筒間引入加工物的準(zhǔn)備工作和維修作業(yè)等，逆變器2也設(shè)有通 常的速度控制功能，按需要可以考慮切換運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2.1根據(jù)轉(zhuǎn)矩電流分量的張力控制Fig.2.1 According torque current weight tension control（2）采用拉延的張力控制:A

12、.控制方式：兩組滾筒的速度差的比稱為拉延。即，圖2-2中拉延可用下式表出。S圖2.2拉延產(chǎn)生的張力Fig. 2.2 Bringing service generated tensionD= （V1-V2） /V2式中，D：拉延V1、V2：各滾筒的加工物傳送速度有拉延的兩組滾筒間的加工物產(chǎn)生如下式的張力。T=E*S* （V1-V2） /V2=E*S*D式中，T：張力（kg）：加工物的彈性系數(shù)（kg/mm2） ，：加工物的截面積（mm 2）可見(jiàn)，張力與拉延成比例，但是對(duì)于彈性系數(shù)大的加工物，很小的拉延變化，周圍溫度、水分含量的變化，以及厚度不均和產(chǎn)生滑動(dòng)等將引起張力很大變動(dòng)，所以不太實(shí)用。對(duì)于像輪

13、胎那 樣彈性系效J、的材料，同時(shí)要求一定張力和一定延伸率時(shí)控制比較容易實(shí)現(xiàn)。圖2-3示出拉延控制的實(shí)例。圖2.3采用拉延的張力控制Fig. 2.3 Using drag Spur tension controlB.設(shè)計(jì)要點(diǎn)：為了提高張力精度，就需要提高技延精度，也就是兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速精度。根據(jù)材料的種類，通常應(yīng)該使用具有速度反饋控制的逆變器。還有，當(dāng)滾筒2的機(jī)械系統(tǒng)損耗低、 滾筒2上側(cè)加工物的張力非常小時(shí)，滾筒2也可能要 求負(fù)負(fù)載，所以根據(jù)需要逆變器2應(yīng)具有制動(dòng)功能。（3）采用調(diào)節(jié)熟的張力控制：A.控制方式：所謂調(diào)節(jié)輥就是如圖2-4所示的裝置，利用彈簧或氣壓、重錘在一定方向上施加一定大小的 力，

14、不管其位置是否變動(dòng)始終使加工物保持定的張力。使用調(diào)節(jié)輥時(shí)，張力與逆變器的控制沒(méi) 有直接關(guān)系，其大小為圖中力F的一半。但是調(diào)節(jié)輥所具有的張力控制功能只限于在其害許行程 以內(nèi)。在調(diào)節(jié)輥張力控制方式中，逆變器傳動(dòng)電機(jī)的作用就是使調(diào)節(jié)輥在容許行程以內(nèi)。圖2-5示出調(diào)節(jié)輥張力控制的實(shí)例。同步信號(hào)機(jī)裝在調(diào)節(jié)輥上，將距離動(dòng)作中心位置朝位移 量變換為電信號(hào)取出，作為補(bǔ)償信號(hào)加到逆變器1的頻率指令上。此信號(hào)的極性當(dāng)調(diào)節(jié)輥向上偏 時(shí)使?jié)L筒1的速度下降，向下編時(shí)使速度上升。這樣，調(diào)節(jié)輥被控制成經(jīng)常保持在行程的中心位 置。這種張力控制方式具有過(guò)渡誤差可以在機(jī)械側(cè)被吸收的優(yōu)點(diǎn)，所以用簡(jiǎn)單的V / F控制通用逆 變器就可

15、以構(gòu)成系統(tǒng)。圖2.4調(diào)節(jié)輥圖2.5采用調(diào)節(jié)輥的張力控制Fig. 2.4 RollerFig. 2.5 Used to regulate roller tension controlB.設(shè)計(jì)要點(diǎn)：本張力控制方式充分發(fā)揮在機(jī)械側(cè)能吸收過(guò)渡誤差的優(yōu)點(diǎn)，不加復(fù)雜控制就可以在短時(shí)間的 同步加減速或加工物的自動(dòng)連接等用途中使用。但是根據(jù)所吸收誤差的大小，調(diào)節(jié)輥的行程也需 要增大。另一方面，與其他張力控制方式比較，張力的給定和變更不能用電氣方法進(jìn)行，必須依賴彈 簧壓或氣壓等機(jī)械部分的調(diào)整。（4）采用張力檢出器的張力控制：A.控制方式：對(duì)于要求張力精度或者調(diào)節(jié)輥失調(diào)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響很大的場(chǎng)合，可采用藉助于張力檢

16、出器的 反饋控制。檢出器有差動(dòng)變壓器式和沙力傳感器式等種類。本方式基本上以前述利用轉(zhuǎn)矩電流的 張力控制為基礎(chǔ)，加上利用檢出器的反饋補(bǔ)償回路構(gòu)成。圖2-6為造紙廠的最后工序，示出卷取機(jī)和卷放機(jī)，它們把卷在卷筒上的紙?jiān)俅我远◤埩Ω?質(zhì)量地卷下來(lái)。卷取機(jī)的傳動(dòng)電機(jī)以恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，卷取紙張。卷放機(jī)的電機(jī)則以再生制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)， 產(chǎn)生張力。卷取機(jī)與圖2-1的滾筒1相同，與張力控制無(wú)直接關(guān)系，所以這里以卷放機(jī)為主體進(jìn) 行說(shuō)明。卷放機(jī)的逆變器采用矢量控制方式，可以再生運(yùn)轉(zhuǎn)。利用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可以選擇張力控制和 速度控制中的一種。速度控制僅在最初穿通紙張時(shí)使用，平常使用張力控制。速度控制器SC被輸 入與實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反的

17、微速指令，因此SC的輸入總是以偏差的形式給定，其輸出與指令最大再 生轉(zhuǎn)矩的方向相反。利用張力給定信號(hào)調(diào)節(jié)SC的輸出限制器，可以使實(shí)際的轉(zhuǎn)矩指令值i；增減。 在定常狀態(tài)下，在轉(zhuǎn)矩控制器TC比較張力給定值和張力反饋值，然后修正限制器的值以使兩者相 等。采用這樣的構(gòu)成，即使萬(wàn)發(fā)生紙張斷裂，卷放機(jī)的轉(zhuǎn)速也不會(huì)超過(guò)反轉(zhuǎn)的微速，可以防止 超速運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2.6采用張力檢出器的張力控制Fig. 2.6 Tension control devices used tension departure clearanceB.設(shè)計(jì)要點(diǎn)：例子中所舉出的系統(tǒng)有很大的慣性，所以卷取機(jī)加速減速時(shí)，卷放機(jī)由于本身的慣性力矩將 產(chǎn)生

18、大的張力變化，即使不采取措施最終由于張力反饋也恢復(fù)到正常張力，但大的過(guò)渡張力變化 在產(chǎn)品質(zhì)量上是不允許的。為了防止這種變動(dòng)，加速時(shí)按慣性力矩產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的大小減小電機(jī)產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)矩，減速時(shí)則增大，進(jìn)行前饋式的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，以減輕TC應(yīng)該負(fù)擔(dān)的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的任務(wù)。這個(gè)慣 性力矩分量的補(bǔ)償叫做慣性補(bǔ)償。這種補(bǔ)償與是否使用張力檢出器武官，當(dāng)慣性力矩經(jīng)常變化， 而且加減速度大時(shí)是必須的。生產(chǎn)線張力控制系統(tǒng)方案選擇及系統(tǒng)配置方案選擇本方案是根據(jù)功能紙產(chǎn)品技術(shù)要求及生產(chǎn)線技術(shù)要求并充分考慮了價(jià)格/性能比的因素做出 的。本方案由傳動(dòng)及基礎(chǔ)自動(dòng)化部分，過(guò)程自動(dòng)化及界面系統(tǒng)、監(jiān)控及管理部分組成?，F(xiàn)分述如 下：（1）中心開(kāi)卷傳

19、動(dòng)及控制方案：為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線穩(wěn)定高速運(yùn)行，保證產(chǎn)品質(zhì)量，要求各原材料能進(jìn)行卷芯驅(qū)動(dòng)恒張力放卷，就 張力控制本身而言，有多種方案可供選擇。例如，轉(zhuǎn)矩電流控制；調(diào)節(jié)輥張力控制；張力檢出器 張力控制等。雖然各種方式有些不同，但多以轉(zhuǎn)矩控制為基礎(chǔ)，對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，各種原材料大都 質(zhì)地較軟且彈性變形較大（尤其是打孔膜和流延膜）。這樣就對(duì)張力控制精度提出了更高的要求， 經(jīng)過(guò)多種方案比較后，最后初步選定用交流同步伺服電機(jī)進(jìn)行卷芯驅(qū)動(dòng)恒張力放卷控制方案。另 外，根據(jù)伺服控制器的工作原理知，其電流檢測(cè)及計(jì)算的精度和分辨率是相當(dāng)高的，且實(shí)時(shí)性很 好。例如，美國(guó)科爾摩根公司的CD系列伺服控制器，其轉(zhuǎn)矩/電流環(huán)的電流反饋

20、值為一個(gè)字的分 辨率。（即：有符號(hào)位時(shí)為+1/32768-1/32767，無(wú)符號(hào)位時(shí)為1/65536）而其采樣周期只為20us 左右，為充分利用這一資源，我們采用“轉(zhuǎn)矩/電流控制方式”進(jìn)行張力控制，另外，由于卷芯驅(qū) 動(dòng)需要實(shí)時(shí)進(jìn)行卷徑計(jì)算，需要卷徑測(cè)量信號(hào)，而滿足要求的測(cè)徑傳感器是相當(dāng)昂貴的（大約需 要1萬(wàn)元RMB左右）并且還要配置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換接口。這樣不僅增加了系統(tǒng)成本而且也增加了系統(tǒng) 外部線路的復(fù)雜性。為此我們提出調(diào)節(jié)輥張力控制。即仍利用控制器的電流檢測(cè)資源，通過(guò)對(duì)加 速電流的檢測(cè)確定材料的GD 2，通過(guò)計(jì)算估計(jì)出材料的料徑D。當(dāng)然這只是初步設(shè)想，能否實(shí)現(xiàn) 還需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。最后需說(shuō)明的

21、是：因?yàn)槊糠N原材料為兩盤。其中一盤運(yùn)行，而另一盤則 處于等待狀態(tài)，為降低系統(tǒng)成本，我們采用兩盤料共用一臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方案，用電磁離合器 進(jìn)行切換。為實(shí)現(xiàn)上述方案，系統(tǒng)應(yīng)按以下步驟進(jìn)行張力控制：達(dá)到最小料徑時(shí)，分離離合器（1），M制動(dòng)到n=0，合上離合器（2）；刷新初始料徑D并算出初始轉(zhuǎn)矩給定值；發(fā)自動(dòng)接料制令；接料成功后，按初始料徑、轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行恒張力放卷驅(qū)動(dòng)；實(shí)時(shí)計(jì)算盤徑，按適當(dāng)周期刷新轉(zhuǎn)速給定值，以維持張力F恒定。（2）人機(jī)界面：生產(chǎn)線運(yùn)行參數(shù)設(shè)定，操作人員可根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格，工藝要求及材料特性，對(duì)希望的運(yùn)行參數(shù)。 如：傳動(dòng)比、最大車速、升/降速時(shí)間、材料張力及施膠量等進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)設(shè)定；操作

22、指導(dǎo)：系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)操作規(guī)程及工藝要求，以交互方式指導(dǎo)操作人員進(jìn)行正確的操作，當(dāng) 誤操作發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能做出判斷，警示操作人員并給出相應(yīng)提示信息；運(yùn)行監(jiān)視：系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)監(jiān)視生產(chǎn)線各種運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)，并能以各種形式進(jìn)行顯示，如 表計(jì)、棒圖、趨勢(shì)圖、指示燈等，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，除 聲光報(bào)警外，還應(yīng)顯示并記錄故障，減天津理工大學(xué)2006屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 少停機(jī)率。（3）上位監(jiān)控管理：為協(xié)助生產(chǎn)管理人員動(dòng)態(tài)掌握生產(chǎn)狀況，系統(tǒng)應(yīng)具有上位管理功能。該系統(tǒng)可將在過(guò)程控制 級(jí)采集并存貯的有關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)RS232/485串口（或網(wǎng)卡）送入上位計(jì)算機(jī)，經(jīng)處理后進(jìn)行 顯示或打印，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)：各種單位時(shí)間的產(chǎn)量

23、統(tǒng)計(jì)（班產(chǎn)、日產(chǎn)、月產(chǎn)等）；廢品率統(tǒng)計(jì)； 各種消耗統(tǒng)計(jì)（包括各種原材料、輔料、電耗等）；異常停機(jī)時(shí)間統(tǒng)計(jì)；各種報(bào)表自動(dòng)生成等 2.3.2系統(tǒng)配置根據(jù)上述，初步確定將整個(gè)系統(tǒng)分為三級(jí)進(jìn)行配置，即傳動(dòng)控制級(jí)； 自動(dòng)化控制級(jí)；上位管理級(jí)。現(xiàn)分述如下：（1）傳動(dòng)控制級(jí)配置：根據(jù)工藝要求，整個(gè)生產(chǎn)線共有5種原材料需張力控制。我們選用日本三菱公司的伺服產(chǎn)品， 包括HC-SFS系列伺服電機(jī)5臺(tái)；系MR-J2S系列全數(shù)字伺服控制器5套；Q173多軸運(yùn)動(dòng)控制器一 臺(tái)。以上所有伺服電機(jī)及控制器按SSCNET標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)通訊電纜與Q173多軸運(yùn)動(dòng)控制器相連，利用 Q173的多軸控制功能，精確的協(xié)調(diào)生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)速度，相位

24、及材料張力。Q173本身含有CPU，有 二種運(yùn)行方式，脫機(jī)運(yùn)行或與PLC 一起組成雙CPU系統(tǒng)。我們選擇后者，因?yàn)闉閷?shí)現(xiàn)工藝要求， 除完成運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)外，還需實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，人機(jī)界面及上位通訊等要求。因此，選擇這樣的系統(tǒng) 配置，不僅能滿足上述要求，還會(huì)使系統(tǒng)更具彈性且功能強(qiáng)大。（2）自動(dòng)化控制級(jí)配置：為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)換卷、自動(dòng)接料等功能，我們選擇三菱公司MELSEC-Q系列PLC。CPU單元采用Q02H并與Q173 一起構(gòu)成多CPU系統(tǒng)。本系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)控制量的速度要求不高，選用 普通I/O單元既可滿足工藝要求。但由于指令單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)均分散安裝在生產(chǎn)線各個(gè)工藝環(huán)節(jié)， 為節(jié)省纜線并便于系統(tǒng)擴(kuò)充，我

25、們采用了基于CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)的分散型I/O系統(tǒng)。其中選 擇QJ61BT11作為主站，遠(yuǎn)程I/O單元選用QJ61BT11-32DT等。（3）生產(chǎn)管理級(jí)配置：當(dāng)用戶需要系統(tǒng)具有上位管理功能時(shí)，可配置該系統(tǒng)，該系統(tǒng)所需硬件及軟件環(huán)境為：586 計(jì)算機(jī)一臺(tái)，網(wǎng)卡一塊（或利用586串口），打印機(jī)一臺(tái)；Windows95/98/NT操作系統(tǒng);VB6.0/VC/VC+ 編程軟件。上位計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)卡或串口與IPC相連，利用VB（或VC）API函數(shù),獲取有關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處 理后生成顯示或打印文件。恒張力放卷卷心驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)控制特點(diǎn)如圖(3-1 )所示的兩個(gè)傳動(dòng)單元，M 1為一個(gè)穩(wěn)速系統(tǒng)，M2為典型開(kāi)卷系

26、統(tǒng).即七 是 而為=nD七，即隨卷徑D的加大而線性上升.兩個(gè)單元之間的張力F為:F =彳(v - v )dt(1)圖4.1卷繞系統(tǒng)Fig. 4.1 Winding system式中：F-卷紙承受的張力；S-卷紙的截面積；L-傳動(dòng)點(diǎn)M、N之間的距離；Y-卷紙彈性模量；VI、V2-兩個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)M、N處的線速度；如果對(duì)M2單元采用穩(wěn)速系統(tǒng)來(lái)拖動(dòng)，則卷紙的張力F、線速度v隨卷徑D的變化，如圖(4-2) 所示.由式(1)可見(jiàn)，欲使力恒定，必須保持線速度恒定.根據(jù)v = HDn，要使v恒，必須使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n次L ,即n次.可見(jiàn)這類放卷機(jī)的負(fù)載特性應(yīng)如圖(4-3)所示.稱為恒功率負(fù)載DM特性，也稱卷繞特性.圖

27、4.2卷繞系統(tǒng)幾個(gè)參量的關(guān)系Fig. 4.2 Winding system of the relations of several Senate圖4.3卷繞特性Fig. 4.3 Winding characteristics式(1)表明，恒張力控制實(shí)質(zhì)上是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制.由于張力控制是由線速度波動(dòng)引起的，所以 張力恒定即線速度恒定.而欲使線速度恒定，就需卷繞功率恒定.所以恒張力控制、恒線速度控制、 恒功率控制，三者在本質(zhì)上是相同的。張力控制算法張力擾動(dòng)補(bǔ)償控制系統(tǒng)的類型很多，分述如下：從張力形成的角度看，兩個(gè)單元之間的卷紙張力為：F = KjT (v - v )dt所以只要保持卷紙的線速度或

28、兩個(gè)傳動(dòng)單元之間的線速度差恒定，就可以保持張力恒定。從驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與卷繞機(jī)構(gòu)的負(fù)載力矩相平衡的角度看：電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩：Md = C七；FD卷繞機(jī)構(gòu)負(fù)載力矩Mj近似等于張力力矩Mf = FDD。這里忽略了動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和機(jī)械損耗力矩。根據(jù)M/ Mf得到張力表達(dá)式：F = K岑d ；式中K = 2 jC由此可按下述兩種方式設(shè)計(jì)恒張力系統(tǒng)：a.控制。恒定,并保持D =恒值；b.保持中恒定，并控制-L =恒定。Ud從傳動(dòng)功率的角度看：電動(dòng)機(jī)電磁功率P = EId= C七；卷繞機(jī)構(gòu)的卷繞功率為P = Fv。根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率與負(fù)載功率相匹配的原則，只要保持電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率恒定，就可近似保持卷繞 張力F和線速度v

29、恒定。實(shí)際由于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中可控制的量比較多，所以還可以設(shè)計(jì)成其他各種系統(tǒng)。例如，卷紙線速度： v nDn = nD- KD (K )C C只要保持控制反電勢(shì)E恒定，并保持D 常量，就可使線速度恒定。又如，卷紙的張力是由兩個(gè) 中傳動(dòng)單元之間速度差A(yù)v形成的，或者說(shuō)張力與卷紙的伸長(zhǎng)率成正比，那么可以設(shè)置速差調(diào)節(jié)器或 控制卷紙的伸長(zhǎng)率，以保持張力的恒定。以上恒張力控制的各種方案可以單獨(dú)使用，也可將兩種或多種方案綜合用在一個(gè)系統(tǒng)中，以 便得到更好的控制效果。伺服電機(jī)容量選擇負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算：20Kg ；已知：最大料經(jīng)：800mm ；最小料經(jīng)：80mm ；最大料重:1總傳動(dòng)比：n=；王機(jī)最高線速度：V=120m/min3D 王機(jī)=160mm