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带卷径计算的恒张力控制系统的分析

关键词:转矩控制恒张力时间:2010年03月12日字体:

关键词:转矩控制恒张力

引言

在现代的工业生产中，特别是造纸，纺织，金属制品的生产过程中，利用张力调节收卷机的速度最为普遍。在以往的转矩控制模式中，由于收卷轮的半径是在逐渐增的大，很难保证其收卷张力是恒定的，

产品质量得不到保证。所以，只有在收卷过程中采用恒张力控制模式才能够确保产品高质量。

系统介绍

本文论述的是一种大型捻股机的卷绕系统,利用的是变频控制器的直接转矩控制模式,实现恒张力卷绕控制,无须张力检测与卷绕直径检测，无须松紧架同步装置。控制所需要的力矩与卷绕直径直接通过可

编程控制器（PLC）内部计算获得,不需要时时检测卷径的一种简单的方法。

在一般的变频控制过程中，变频器的工作模式是速度控制模式，为了确保恒定的张力，装置中就一定要有一个张力检测部件。而这个检测部件的任务就是把检测到的张力反馈到变频装置中，进行PID调节。恒张力控制就要求有恒定的转矩，但是在收卷过程中，其收卷轮的半径是在不断地增大的，这就要求电机的转矩也是在逐渐增大的（转矩等于张力与半径的成绩）。通过卷径计算，得到卷径的即时数据。再根据张力基本恒定，可得到即时电机的转矩。其基本特点就是：一方面通过卷径计算，转矩计算，通过PLC，把这个不断变化的转矩传送给变频器。另一方面是利用速度限幅，来控制变频器的输出频率，使电机的线

速度稳定，从而达到张力恒定的目的。

在所构成的应用系统中,DP通讯在PLC和变频器之间实现转矩给定和速度限幅的信息的传递。

卷径与转矩的计算

卷径计算

在工作过程中，假设拉出来的丝很细（0.22mm），在缠绕时所产生的缝隙可以忽略不计。而根据体积不变原则，在工作中的某一时刻，收线轮上的线的体积为：

片＝L兀乓／4 一一．．．．．．．心．．．．．．．．

Vmi,n

-iL.万J

DL-m!如._J4···--·······--······- t-

设： 5为收线轮瞬时导体积； VmItl 为收线轮厄体租 DE 为收线轮的瞬时亘岔 Dm.m.为牧线轮蛊小直伦 L为收线轮宽m （如图所示）4

牵引轮·??????-.......-.......-. +J

牵引轮·

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所以牧线轮上酌线的伈积为： VJ-v

.Z.- vI:IIIn■: 奇

再哏据罔柱体体秧公式： V＝m勺······- +J

设： 冈为收线轮上的线的体租； LJ 为收线轮上线的长度； d 为线的直径口即 可符至l

冈＝L芯户j4心

L矿＋LD_::i＝纺D;

L矿＋LD_::i

化简得； LD;-LD.七＝L]矿，目凡丛＝\J g .....．一一心

式中d, L, Dmm均为已知的常童，只有L5 是—个空罣，即 D王的大小只与LJ 有羌d

即可得出这样酌结果：收线轮的直径大小，是由所牧线的长宦决定，的与其他空罣无关II`

转矩计篮心

根据 力矩计岱公式，T＝FS ，式中T为力矩，F 为张力，S为半径 十

·-则-IJJ：I_I:??·??··???··?????F=—T 炉

s

在系统中，随着收线长度的增加，其收线轮的半径是在逐渐增加的。要保证张力恒定，就要求力距的变化与卷径的变化成正比。

所以，在某一时刻，其力矩的大小就可以通过这个式子在可编程控制器内计算出来，再把这个数值通过DP通讯送到变频器。

应用实例

在大型的的捻股机的收卷过程中，为了更好的提高产品质量，其收卷电机采用的是力矩控制模式。该系统中，触摸屏，可编程控制器与变频器之间的连接如图2所示。在这个系统中，我们可以在显示屏上设定电机的张力大小和速度限幅的频率，PLC把这两个数字量读入，通过力矩计算，把张力变成模拟量信号给定到变频器。那么，变频器在执行这一指令时，电机就是在力矩恒定的状态下工作的。当收卷轮的卷径增大时，PLC就通过卷径计算，力矩计算。把新的模拟量信号传送到变频器，变频器又执行这一新的指令。这样通过不间断的计算，收卷电机的转矩在随卷径的增大而增大，就可以保证收卷电机的张力恒

定。

结束语

利用转矩控制模式卷绕与速度控制模式卷绕相比,转矩模式要来得简单,这首先表现在转矩模

式卷绕省掉了松紧架