复合设备的张力控制

今天我们来深入探讨复合设备中的张力控制。这是一个在多个工业领域（如印刷、涂布、薄膜加工、造纸、线缆制造、纺织品处理等）都至关重要的核心技术，直接关系到产品的质量、生产的效率和设备的稳定性。

核心目标：在复合设备的整个加工路径（放卷、加工区、收卷）上，维持材料（薄膜、纸张、箔材、布料等）所受的张力恒定或按照预设的工艺曲线精确变化。

一、 复合设备张力控制的重要性

1.保证产品质量：

尺寸精度： 张力波动会导致材料被拉伸或收缩，引起套印不准（印刷）、涂布不均、复合层间错位、分切尺寸偏差等问题。

表面质量： 张力过低易导致材料起皱、松弛、打滑；张力过高则可能导致材料变形、划伤、压痕甚至断裂。

复合质量： 在层压复合过程中，张力控制直接影响各层材料间的贴合紧密度、平整度和粘合强度。张力不均可能导致气泡、脱层、翘曲。

物理性能： 过大的张力可能改变材料的物理特性（如薄膜的拉伸强度、热收缩率）。

2.提高生产效率：

减少废品率： 稳定的张力是减少因皱褶、偏移、断裂等导致废品的关键。

提高生产速度： 可靠的张力控制系统是高速度稳定运行的前提，避免因张力问题不得不降速生产。

减少设备磨损： 张力波动大会加剧导辊、轴承、传动部件的磨损。

减少停机时间： 避免因张力失控导致的断料、缠卷等故障停机。

3.保障设备和操作安全：

防止断料飞溅： 高速运行时材料断裂可能造成危险。

防止过载损坏： 张力过大可能损坏驱动电机、离合器、制动器等关键部件。

二、 张力控制系统的基本构成

一个典型的复合设备张力控制系统通常包括以下几个核心部分：

1.张力检测装置：

张力传感器： 最直接、最精确的方式。分为辊式传感器（测量导辊承受的径向力）和浮动辊式传感器（通过浮动辊的位移或角度变化感知张力）。前者精度高、响应快，但成本高；后者结构简单、成本低、能吸收微小张力波动，但精度和响应速度略低。

电流/转矩检测： 通过检测驱动电机（收/放卷）或制动器的电流/转矩来间接推算张力（需考虑卷径变化的影响）。常用于成本敏感或精度要求不极高的场合，或作为辅助信号。

超声波/激光测速仪： 通过精确测量相邻两辊的表面线速度差来推算材料应变，从而间接反映张力（需已知材料的弹性模量）。适用于非接触式测量要求高的场合。

舞蹈辊/浮动辊位置反馈： 在开环或简单闭环控制中，舞蹈辊的位置直接反映了张力的大小（通过气缸压力或配重平衡）。

2.控制器：

核心大脑： 接收来自张力检测装置（或速度检测装置）的反馈信号，与设定的目标张力值进行比较，计算出控制量（通常是速度补偿值或转矩补偿值）。

控制策略： 常用的有PID控制（比例-积分-微分）、自适应控制（适应卷径变化、材料特性变化）、模糊控制（处理非线性、经验规则）、前馈控制（预测干扰，如加速/减速过程）。现代高性能系统常采用组合策略（如PID+前馈+自适应）。

卷径计算： 对于收卷和放卷单元，控制器必须实时计算卷径变化（通过测量线速度/角速度或使用超声波测距等），因为同样的转矩在不同卷径下产生的张力是不同的。

3.执行机构：

收卷驱动： 通常采用伺服电机或变频电机+矢量控制，提供精确的转矩或速度控制，是维持加工区张力的关键执行单元。

放卷制动/驱动： 根据设备配置和材料特性，可能采用：

●磁粉离合器/制动器： 通过调节励磁电流控制传递的转矩（制动或驱动），结构简单，成本较低，但响应较慢，有发热问题。

●磁粉式张力控制器： 专门为张力控制设计的磁粉装置。

●气动制动器/离合器： 通过调节气压控制制动力矩。

●伺服电机/变频电机： 提供精确的再生制动或反向驱动能力，响应快、精度高、节能，是现代高端设备的首选。

●能耗制动： 变频器驱动电机时，将电机产生的能量通过制动电阻消耗掉（适用于减速制动）。

●中间驱动辊： 在加工区或长路径中，设置由伺服/变频驱动的主动辊（也叫“夹送辊”或“牵引辊”），用于精确控制加工区的线速度和张力隔离（将收/放卷的张力波动隔离在加工区之外）。

4.人机界面：

触摸屏/HMI： 用于设定目标张力值、张力锥度系数（收卷）、加减速参数、卷径参数、材料参数等；显示实时张力、速度、卷径、状态和报警信息。