摘 要：三菱張力控制系統廣泛應用于我公司生產(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(lái)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；滑差轉矩

　　廣東國鋼機械有限公司是一家針對如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(lèi)分切復卷的加工生產(chǎn)，專(zhuān)業(yè)制造高速分條機設備、分切復卷機組系列，以及各式大型涂布設備等膠粘帶包裝機械的專(zhuān)業(yè)研發(fā)制造單位。

    由于我公司所設計制造的設備大部分都需要有收放卷裝置，因此均離不開(kāi)張力控制系統和執行裝置。如高速OPP膠帶分條機設備（最小分條寬度12mm、最高機速300m/min）；大型分切復卷設備（最大寬度1600mm、放卷直徑800mm、收卷最大直徑650mm）。張力控制系統性能的好壞，直接關(guān)系到我公司生產(chǎn)的設備的性能的好壞，而一個(gè)性能穩定、控制精確的張力自動(dòng)控制系統的建立，則有賴(lài)于張力檢測裝置、控制系統和執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，我公司在選定設備的張力控制系統的時(shí)候，都會(huì )根據設備的性能，圍繞著(zhù)“高性能、高精度、高效率、自動(dòng)化、先進(jìn)性與經(jīng)濟實(shí)用性結合”這一原則進(jìn)行周密的選型。

　　以下就和大家談?wù)勎覀冊谠O備的張力控制系統選定時(shí)的一些認識：

一、張力控制系統的建立

　　控制張力的方式基本上有兩種，一種是轉矩控制，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)行轉矩控制的執行機構，如：伺服電機、矢量變頻器等)屬于扭矩控制方式，它與通過(guò)速度控制方式的張力控制模式相比，只需調節控制器的電流或電壓，即可直接調節執行機構的扭矩，從而獲得線(xiàn)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，其結構簡(jiǎn)單，控制精度高，對進(jìn)行薄膜及膠粘產(chǎn)品加工生產(chǎn)的設備尤為適用。鑒此，我公司基本選擇這一張力控制方式。

　　在轉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)控制系統中，張力控制器可以說(shuō)是整個(gè)控制系統中的核心和靈魂，而用作控制部分的硬件，可以是作為通用設備的PLC和作為專(zhuān)用設備的張力控制器。

　　由于PLC只是一個(gè)通用的硬件，采用它來(lái)進(jìn)行張力的閉環(huán)控制，必須根據設備的張力控制需求及設備的特性編寫(xiě)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，這就導致其應用對設計人員和維護人員的技術(shù)能力有一個(gè)很高的要求：軟件編寫(xiě)人員對編程軟件和硬件以及各種算法知識都要非常的熟悉！其控制穩定性和可靠性亦由系統設計者的技術(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)，在設備的調試過(guò)程中會(huì )相當地費時(shí)耗日，往往要對軟件部分進(jìn)行多次修改才能看到效果。同時(shí)，當設備管理人員發(fā)生交替時(shí)，就必須交接維護技術(shù)資料，而更新PLC時(shí)，更需要重新對其進(jìn)行軟件寫(xiě)入和硬件的設定，當發(fā)生故障時(shí)，往往維護非常困難。

　　基于以上諸多不穩定性，再考慮到以PLC進(jìn)行閉環(huán)張力控制的系統構建成本，由于必須通過(guò)眾多的A/D、D/A模塊的轉換以及張力檢測器+張力放大器的信號反饋才能實(shí)現其控制，其資金投入也不低，我們認為它不是最佳的選擇。

　　鑒此，我公司更傾向使用專(zhuān)用張力控制器來(lái)實(shí)現設備的張力控制。在我們曾經(jīng)使用的歐美、日本及國內包括臺灣在內的外眾多品牌中，我公司最終選擇了具有理想的性?xún)r(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)卷徑檢測式張力控制器，檢測方式可以是通過(guò)接近開(kāi)關(guān)輸入卷軸運行的脈沖來(lái)檢測材料厚度的增減，也可以利用超聲波進(jìn)行檢測，從成本及安裝便利等因素考慮，我公司都是采用接近開(kāi)關(guān)的方式。該控制器對比同類(lèi)半自動(dòng)張力控制器，具有功能豐富，設置簡(jiǎn)單，操作方便，性能穩定的優(yōu)點(diǎn)。我公司一般在分切及復卷設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就采用該控制器來(lái)收卷，因為這種膜要求張力非常穩定，如用其他品牌的張力控制器控制，因張力不穩很容易拉斷、刮傷。由于該控制器本身已具有內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，所以有一些大復卷機做的材料要求收得內緊外松，它就可以很好的發(fā)揮。另外，該控制器所具有的根據8種不同材料進(jìn)行8種不同控制設定選擇的模式也比較實(shí)用，不同的材料只需第一次設定好后下次便可直接進(jìn)入，不必擔心換人開(kāi)機后因設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系列張力檢測器配合，性能穩定，比半自動(dòng)控制器的功能更強大，操作更方便，控制更精確。該控制器的初始設定簡(jiǎn)單，只要完成了滿(mǎn)量程設定、調零設定及配重設定，運行時(shí)只需設定好目標張力，即可在材料的放卷、收卷以及中間送料的各部分運動(dòng)過(guò)程都會(huì )讓線(xiàn)上實(shí)際張力迅速地自動(dòng)追蹤到目標張力。該控制器主要是通過(guò)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(guò)其DC0～5V或DC0～±5V的輸出端子控制伺服電機、直流電機和矢量變頻器，實(shí)現效果極佳的轉矩控制。

　　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(lèi)執行機構這一模式，而對于一些張力要求很大，或者收放卷的線(xiàn)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及矢量變頻器等執行機構的控制模式。比如我公司的一種大型上膠設備上的收放卷就是用它來(lái)控制矢量變頻器進(jìn)行收卷的，因為此設備加工處理的材料厚度約30cm，長(cháng)8000多米，要求張力非常大，要求前后張力均要穩定且須配合好，否則很容易被中間卷軸卷進(jìn)去纏在一起，或者是被拉斷。這種設備的收卷軸滿(mǎn)卷后要求不停機自動(dòng)換軸，LE-40MTA-E上的不停機自動(dòng)換卷功能有很好的滿(mǎn)足了這一要求，不會(huì )像其他品牌換軸之后短時(shí)間內張力會(huì )出現過(guò)大或跟不上的現象，造成材料拉伸、變形，嚴重的會(huì )斷裂或卷成一團。若是中途停機再啟動(dòng)，使用LE-40MTA-E的失速存儲復位功能，不會(huì )造成張力突變，且能使線(xiàn)上張力很快的自動(dòng)追蹤到目標張力，其他的控制器則不能反應這么快，往往會(huì )出現重新啟動(dòng)后一段時(shí)間的張力不穩定。

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

　　由于LE-40MTA-E張力控制器性能穩定，界面清晰，操作簡(jiǎn)單，控制細膩，深受我公司設計及調試人員的喜愛(ài)，也深受我公司廣大用戶(hù)的推崇。

四、張力執行機構的選定

　　在前面的介紹中也曾提到，作為收放卷設備的張力控制的執行機構，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、矢量變頻器等等。根據設備上不同的張力控制的范圍和精度要求，可以選擇不同的執行機構。一般來(lái)說(shuō)，我公司都是使用磁粉離合器/制動(dòng)器來(lái)控制收放卷直徑在1米左右的設備的張力，而對于收放卷直徑在1米5以上，卷徑變化范圍大的設備，我公司大都考慮使用直流電機或用如三菱的FR-A700系列的矢量變頻拖動(dòng)普通電機的方式來(lái)做張力控制的執行機構。

　　雖然目前的磁粉產(chǎn)品除三菱品牌之外，還有國內國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(hù)選配或推薦的主要還是以三菱的為主，因為三菱磁粉離合器和磁粉制動(dòng)器有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　1、容易控制，通過(guò)調節電流，即可獲得任意可調的細膩扭矩。因此即使轉速發(fā)生變化，只要保持電流為一定值，則扭矩也保持一定，激磁電流與轉矩配合的線(xiàn)性效果明顯。

　　2、扭矩控制范圍廣，磁粉離合器/制動(dòng)器對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矩時(shí)表現遜色，因此在低扭矩區域容易出現啟動(dòng)故障（開(kāi)始收卷時(shí)）。

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

　　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，國產(chǎn)磁粉產(chǎn)品存在下列性能方面的問(wèn)題：磁粉的顆粒大、耐磨性差，使用壽命短；扭矩穩定性差；產(chǎn)品之間的差異大，無(wú)法達到產(chǎn)品手冊宣稱(chēng)的數值。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(wú)密封功能，導致磁粉滲漏。

總結：

　　我公司在設計、制造膠粘帶加工生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)設備上，由于一直堅持不斷地消化、吸收和靈活運用包括日本三菱在內的國內外有關(guān)張力控制的先進(jìn)技術(shù)和設備，堅持“技術(shù)創(chuàng )新，加強品質(zhì)，客戶(hù)至上”的經(jīng)營(yíng)理念，堅持設備性能的高定位和控制系統的高配置，終于在激烈的市場(chǎng)競爭中走出了一條自己的路。目前，我公司的產(chǎn)品普遍地得到臺灣地區、中國各省自治區各大膠粘帶制品業(yè)者的信任與支持，設備銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò )遍及臺灣、新加坡、馬來(lái)西亞、印度、越南等國家和地區。

　　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，提高了我公司的設備檔次，也給我公司及我們的用戶(hù)帶來(lái)了好的效益。