浅谈卷取设备中张力控制系统发展现状
摘要：张力控制是纺织,造纸等行业应用最为广泛的一项技术，它实现的好坏直接关系到产品的生产效率的高低和质量的优劣。

本文对张力控制领域的间接法、直接法张力控制原理进行介绍，并梳理恒张力控制系统的国内外发展现状，为进一步研究提供了相关参考资料。

关键词：卷曲设备；张力控制；专利分析；技术发展
一、引言
张力控制,比较通俗的讲,就是要控制卷取物体时保持物体相互拉长或者绷紧的力。

早期的工业应用中,张力控制并未引起人们足够的重视。

直到人们对卷取材料的质量和表面质量提出越来越严格要求的时候,张力控制技术才逐渐被各国电气工程师重视起来,特别是张力应用最广泛的纤维、造纸、塑料薄膜、电线、印刷品、磁带等轻工业中,带材或线材的收放卷张力对产品的质量起着至关重要的作用。

二、张力控制系统的概念以及基本原理
在纺织、造纸等轻工业行业中,在加工过程中或者是加工完成之后,最后的一道工序一般就是将加工物卷绕成筒状。

在这一过程中,卷绕的好坏将是决定产品质量的关键,卷的太紧,容易使织物变形,拉断,卷的太松又容易使卷取不紧凑,不利于搬运和运输,因而为了达到使卷绕紧凑,保证产品的质量,都要求在卷绕过程中,在织物上建立一定的张力,并保持张力为一恒定值,能够实现这一功能的系统,就叫做张力控制系统。

目前应用的张力控制系统,根据其测量控制的原理结构,主要有以下三种:
1.间接法张力控制系统
2.直接法张力控制系统
3.兼有间接法和直接法的复合张力控制系统
2.1间接法张力控制原理
间接法张力控制,也就是通过调节驱动力的及时大小来实现张紧力的调节。

比较通俗的讲,是一个开环扰动的控制系统,即按照现场张力与实际设定值之间的偏差来进行调节,通过间接地改变张力执行部件的激励电流、磁场等电气参数来
动态补偿现场的干扰量。

电动机通过减速机构输出控制收卷轴的卷取速度:卷取速度快,相应地张力就大,卷取速度慢,张力显示就小。

因而只要借助于一定的检测设备,检测出现场的
扭转角速度或者是卷径,在保证电机激励磁通不变的情况下,动态修正激励电流即可以实现在卷径和速度变化情况下现场张力的恒定。

例如，公告号为US396818
的专利，公开了一种收放卷设备的张力调节装置，通过设置联动刹车装置来控制电机的输出动力，进而实现间接张力控制。

2.2直接法张力控制原理
间接法张力控制系统,是通过针对现场的各种干扰因数,改变电动机的电气参数来达到张力恒定的目的。

然而实际运行环境中,张力控制的现场是十分恶劣的,各种干扰因数对系统的影响比较严重,因而就造成了间接法张力控制不能对这些
干扰要素动态的做出补偿,调整输出力矩,从而使控制精度不高,系统构建也显得
复杂,昂贵。

相比之下,采用直接法进行控制,能够取得比较好的控制效果。

应用
到张力控制中,就是通过张力检测元件,将现场织物的张力转化与之相应的电信号,并作为反馈信号接入到输入端,与设定的张力信号进行比较,运算,调节张力执行
部件,从而构成张力闭环的控制系统，这样能够对现场总的干扰因数做出电气上
的补偿,因而这类张力控制系统能够运行稳定,控制精度高,显著提高织物产品的
质量,在现实的工业生产中,此类控制系统得到了广泛的应用。

例如，申请号为CN200810120946.6的专利申请，公开了一种数字式自动布
匹整理机，是利用了压布传感器来检测布匹在收放时候的张力大小，通过通讯模块与控制器相连接，通过闭环反馈给控制器，控制器控制由液压升降系统的压力控制模块来调节布匹的收取张力，属于一种典型的直接张力控制系统。

三、恒张力控制系统的国内外发展现状
早期的张力控制系统,一般都是以模拟器件为主,系统复杂,调试困难,可设置选项少系统的控制精度不高。

随着电力电子技术,计算机实时控制技术,检测技术的发展,全自动张力控制系统逐渐由模拟控制转向数字化控制,并从单纯的单机单路控制转向一机多路控制,全面采用单板机、可编程序控制器(PLC)控制,目前以大规模集成电路,彩色液晶显示,多层菜单操作为主。

近年来,张力控制系统结合了最新的电力电子技术,检测技术,数字控制技术于一身,向着多功能,一体化,产品系列化的方向发展。

相对来说,国外张力控制系统设备不仅对于卷取过程中张力有严格精确的控制,而且对于初始建立张力、抛尾过程张力都有较好的控制,并且有友好的人机界面,完善的功能,如缓冲启动,防松卷功能、手动/自动控制、模式选取、控制参数的保存和调用、自诊断模式、多种通讯接口等,但是价格却相对昂贵。

国内的张力控制系统基本停留在手动随机、随时控制的水平上,有部分采用模拟检测、模拟放大控制输出的产品,可控性和人机界面差,控制精度不高,迫切需要更新换代。

目前国内的纺织业对低档织机的需求已经处于饱和状态，发展中高档织机已经成为各织机生产厂家的当务之急国产低档织机目前所采用的仍是机械卷取和机械送经。

机械卷取和机械送经是一种机械齿轮传动的卷布和送纱过程。

由于机械传动所固有的带隙缺陷,因此织物的纬密很难达到高度准确,而且采用机械送经无法消除织物的开车痕,这就使得织造的质量难以提高。

如果采用电子卷取和电子送经就会完全解决上述问题。

由于卷取和送经采用计算机控制,织造的精度会大大提高。

电子送经控制器通过开车痕补偿还能有效地解决织物的开车痕问题。

当改变织物的纬密或纱线的张力时,只要输入相应的参数即可,无须调整或更换机械部件。

因此电子送经和卷取可以在织机允许的车速和纱线状况下保证高质量的织造过程,并且使用灵活方便,这是非常具有吸引力的。

目前电子送经和电子卷取的研制才刚刚起步，相比之下,国外一些著名的织机生产厂商生产的织机在性能上己经达到较高的水平,例如意大利舒美特织机有限公司的天马超优秀织机、瑞士的苏尔寿系列织机、日本津田驹系列织机、还有比利时必佳乐系列织机、法国工CTS公司的RPOTNO系列织机等等。

这些织机都
实现了电子卷取和电子送经控制,具有较高的智能化控制水平,在国际织机市场上
占据着重要的地位。

但是进口一台国外的高档织机需要将近100万元人民币,国
内一般的纺织企业难以承担这种昂贵的价格。

目前国内研究的织机张力控制系统,通过电子送经、电子卷取来精确控制织
机经纱张力,能达到保证产品质量、简化工人操作程序的目的,大大提高了我国织
机的自动化程度和纺织产品的质量，提高了我国纺织品在国际市场上的竞争力。

四、总结
目前,国内许多卷取装置使用的织机多为机械式连动控制。

用该控制方式的
卷取装置转速低,生产过程周期长、操作复杂、控制精度低,不能够及时调整工艺
参数,也不能够进行高档织物的纺织。

目前,高档的卷取装置还依赖于从国外进口。

因此,进行该系统的研制是非常必要的。

张力控制是决定卷取装置生产质量和产
量高低的重要因素。

然而目前大多数张力控制的方法仍很落后,必然导致产量低、质量差、进行精确的张力控制方法的研究,使之可以大大的提高产品的生产速度
和提高产品的质量。

作者王迪对本文的贡献等同第一作者。

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