王小平 吳偉泉

張力控制系統(tǒng)在卷筒材料的生產(chǎn)中占有相當(dāng)重要的地位，如高速凹印機、復(fù)合機、涂布機、分切機等設(shè)備基本上都配置了先進的張力控制系統(tǒng)，主要控制紙張、塑料薄膜等卷筒材料的開卷、收卷等張力，對保持張力恒定起著重要作用。在生產(chǎn)過程中，如果張力過大，就會導(dǎo)致材料發(fā)生拉伸變形；如果張力過小，則材料層與層之間容易發(fā)生應(yīng)力形變，導(dǎo)致收卷不整齊，這些情況都會對最終產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。為保證張力控制系統(tǒng)順利工作、維持卷筒材料承受最佳張力，就要充分了解張力控制系統(tǒng)。下面，筆者就對張力控制系統(tǒng)的主要控制方式、構(gòu)成與控制原理以及常見故障排除進行分析，希望對業(yè)內(nèi)人士有所幫助。

主要控制方式

張力控制系統(tǒng)的主要控制方式包括直接張力控制和間接張力控制兩種。

直接張力控制又稱反饋控制，其利用張力傳感器或擺輥位置檢測器等進行實際張力檢測，隨后將測量值轉(zhuǎn)換成反饋信號并與預(yù)定張力相比較，當(dāng)二者出現(xiàn)偏差時，張力控制器給予相應(yīng)的控制，使實際張力與預(yù)定張力相匹配，從而構(gòu)成張力閉環(huán)系統(tǒng)。直接張力控制不必考慮各種調(diào)節(jié)補償，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，控制精度較高。這種控制方式是目前的主流方式。

間接張力控制又稱補償控制，其可以對影響張力穩(wěn)定的參數(shù)進行調(diào)節(jié)補償，以避免將要出現(xiàn)的張力變化，間接地保持張力穩(wěn)定。相比直接張力控制，間接張力控制的隨機性較差，且控制精度較低。

構(gòu)成與工作原理

安裝于凹印機、涂布機、復(fù)合機、分切機等設(shè)備上的張力控制系統(tǒng)主要由放卷張力控制系統(tǒng)、牽引張力控制系統(tǒng)和收卷張力控制系統(tǒng)三部分組成，通過張力傳感器、張力控制器、變頻控制器、磁粉制動器等元器件實現(xiàn)卷筒材料的恒張力控制。

1.放卷張力控制系統(tǒng)

放卷張力控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示，其工作原理為：張力傳感器檢測到放卷張力實際值并將其反饋給張力控制器，與張力控制器中的放卷張力預(yù)定值相比較，二者之間的偏差經(jīng)PID運算后并輸出控制電壓，對磁粉制動器作用在放卷軸上的阻力矩進行控制，從而達到調(diào)節(jié)放卷張力的目的。

2.牽引張力控制系統(tǒng)

牽引張力控制系統(tǒng)示意圖如圖2所示，其工作原理為：在生產(chǎn)過程中，當(dāng)卷筒材料的牽引張力發(fā)生變化時，擺輥會做出相應(yīng)的擺動量，此時高精度電位器間接測出牽引張力的變化，隨后將相應(yīng)信號反饋到牽引輥驅(qū)動器，經(jīng)PID調(diào)整后控制牽引輥的運轉(zhuǎn)速度，通過改變低摩擦氣缸的壓力來調(diào)整擺輥的擺動量，使其在設(shè)定的位置保持穩(wěn)定，即實現(xiàn)牽引張力控制。

3.收卷張力控制系統(tǒng)

收卷張力控制系統(tǒng)示意圖如圖3所示，該系統(tǒng)通過張力傳感器來檢測收卷張力實際值，然后再反饋給收卷張力控制器，與其預(yù)定值相比較，二者之間的偏差經(jīng)PID運算后并輸出控制電壓到收卷電機驅(qū)動器，調(diào)整收卷電機的運轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)恒張力控制。在有些設(shè)備的收卷張力控制系統(tǒng)中，往往會加入錐度張力控制系統(tǒng)，其可使收卷過程中卷筒材料處于內(nèi)緊外松的狀態(tài)，從而使卷筒材料的層與層之間不發(fā)生打滑，提高后道工序的張力穩(wěn)定性，根據(jù)實際經(jīng)驗，錐度控制值小于10%為佳。

常見故障排除

在實際生產(chǎn)中，影響張力控制系統(tǒng)的因素有很多，進而也會帶來與之相關(guān)的故障。在此，筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗，介紹三種常見故障的排除。

故障一：印刷套印不準(zhǔn)

故障現(xiàn)象：在印刷設(shè)備正常運行過程中，擺輥發(fā)生不規(guī)則擺動，且擺動幅度較大，進而造成套印不準(zhǔn)。

故障排除：張力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此該故障產(chǎn)生的原因較多，對此，筆者進行了歸納總結(jié)，主要有以下幾個方面。

（1）擺輥氣缸的氣控回路元器件容易發(fā)生損壞，從而導(dǎo)致活塞漏氣，擺輥氣缸加載氣壓不穩(wěn)定。對此，可考慮更換損壞的氣控回路元器件，必要時需要更換擺輥氣缸。

（2）高精度電位器在一定區(qū)間內(nèi)長時間運行，該區(qū)間的阻值一旦發(fā)生變化，容易造成高精度電位器反饋信號不穩(wěn)定。此時，應(yīng)及時更換高精度電位器。

（3）電位器齒輪與轉(zhuǎn)軸齒輪的連接處間隙偏大，當(dāng)張力發(fā)生變化時，擺輥的位置就會發(fā)生變化，但由于間隙的存在，容易造成擺輥不斷地來回擺動，從而影響套印精度。對此，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)整間隙。

故障二：張力不穩(wěn)定

故障現(xiàn)象：在收卷過程中，當(dāng)卷徑較大時，收卷張力顯示值往往會隨卷徑的增大而不斷減小，此時驅(qū)動器的輸出電流會不斷增加，當(dāng)輸出電流超過電機的額定電流后，便會引起驅(qū)動器過流保護，發(fā)出故障報警。

故障排除：筆者首先檢查驅(qū)動器的負(fù)載和電機測速編碼器，二者均正常。通過對收卷張力控制器進行校準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)其中一個張力傳感器發(fā)生了故障，從而使得檢測到的收卷張力信號值是實際收卷張力值的一半，隨著收卷卷徑的增大，為達到預(yù)定收卷張力，收卷張力控制器會不斷增大輸出，直至100%，而此時的實際收卷張力已遠遠超過預(yù)定收卷張力，卷筒材料繃得非常緊，負(fù)載也隨之變大，從而引起驅(qū)動器過流保護。更換張力傳感器并重新校準(zhǔn)后，系統(tǒng)便恢復(fù)正常。需要注意的是：在校準(zhǔn)收卷張力控制器時，采用的重物應(yīng)盡可能接近滿度張力值，以提高張力控制精度。

故障三：收卷起步張力過大

故障現(xiàn)象：收卷張力系統(tǒng)在起步時超過收卷張力控制器的滿度張力值，設(shè)備需運行2分鐘左右才能達到恒張力運行，這樣不僅浪費大量原材料，降低成品率，而且容易引起張力傳感器發(fā)生零位漂移，導(dǎo)致張力控制值出現(xiàn)偏差。

故障排除：筆者先對驅(qū)動器的輸入信號、張力反饋信號的增益、偏置及PID值等參數(shù)進行調(diào)整，但故障依舊存在。檢查張力復(fù)位信號、張力傳感器信號，均正常。檢測收卷張力控制器時發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部失速存儲復(fù)位點發(fā)生了損壞，而收卷張力控制器的外部復(fù)位信號卻正常，實際上，收卷張力控制器不僅沒有復(fù)位，還存儲著前一卷的收卷張力值，因此造成了收卷起步張力較大的問題。對收卷張力控制器的內(nèi)部失速存儲復(fù)位點進行修復(fù)，并更換損壞零件后，收卷起步張力便恢復(fù)正常。

在實際生產(chǎn)過程中，還會出現(xiàn)一些較難處理的故障，這就需要技術(shù)人員認(rèn)真觀察故障現(xiàn)象，根據(jù)張力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析并找出原因，按正確的方法去解決與排除，以確保張力控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行。