摘 要：三菱张力控制系统广泛应用于我公司生产中，它以其高精度、高效率、多功能、易操作等优点，解决了多年来未能解决的难题，大大提高了产品质量和生产效率。

关键词：张力控制；闭环系统；滑差转矩

　　广东国钢机械有限公司是一家针对如OPP、PET、PE、离形纸、麦拉、双面胶、泡棉等各式包装材料、精密电子胶带及纸类分切复卷的加工生产，专业制造高速分条机设备、分切复卷机组系列，以及各式大型涂布设备等胶粘带包装机械的专业研发制造单位。

    由于我公司所设计制造的设备大部分都需要有收放卷装置，因此均离不开张力控制系统和执行装置。如高速OPP胶带分条机设备（最小分条宽度12mm、最高机速300m/min）；大型分切复卷设备（最大宽度1600mm、放卷直径800mm、收卷最大直径650mm）。张力控制系统性能的好坏，直接关系到我公司生产的设备的性能的好坏，而一个性能稳定、控制精确的张力自动控制系统的建立，则有赖于张力检测装置、控制系统和执行装置这三者自身性能的优越以及相互间完美配合。因此，我公司在选定设备的张力控制系统的时候，都会根据设备的性能，围绕着“高性能、高精度、高效率、自动化、先进性与经济实用性结合”这一原则进行周密的选型。

　　以下就和大家谈谈我们在设备的张力控制系统选定时的一些认识：

一、张力控制系统的建立

　　控制张力的方式基本上有两种，一种是转矩控制，一种是速度控制。张力控制器+磁粉制动器/磁粉离合器(或其他可以进行转矩控制的执行机构，如：伺服电机、矢量变频器等)属于扭矩控制方式，它与通过速度控制方式的张力控制模式相比，只需调节控制器的电流或电压，即可直接调节执行机构的扭矩，从而获得线性效果极佳的张力控制效果，因此就能很容易地控制放卷或收卷材料的张力，其结构简单，控制精度高，对进行薄膜及胶粘产品加工生产的设备尤为适用。鉴此，我公司基本选择这一张力控制方式。

　　在转矩控制模式的张力控制中，又可以有手动、半自动及全自动的张力控制模式。我公司由于一向追求“高性能、高精度、高效率、自动化”这一经营理念，因此张力控制系统都是选择半自动和全自动的。

二、张力控制器的的选择

　　在闭环张力自动控制系统中，张力控制器可以说是整个控制系统中的核心和灵魂，而用作控制部分的硬件，可以是作为通用设备的PLC和作为专用设备的张力控制器。

　　由于PLC只是一个通用的硬件，采用它来进行张力的闭环控制，必须根据设备的张力控制需求及设备的特性编写控制程序，其张力控制效果及性能的好坏会因PLC自身的硬件性能和软件的制作水平不同而差异较大，这就导致其应用对设计人员和维护人员的技术能力有一个很高的要求：软件编写人员对编程软件和硬件以及各种算法知识都要非常的熟悉！其控制稳定性和可靠性亦由系统设计者的技术水平决定，因此张力控制的效果可能得不到保证。

　　另外，使用PLC进行张力控制时，在设备的调试过程中会相当地费时耗日，往往要对软件部分进行多次修改才能看到效果。同时，当设备管理人员发生交替时，就必须交接维护技术资料，而更新PLC时，更需要重新对其进行软件写入和硬件的设定，当发生故障时，往往维护非常困难。

　　基于以上诸多不稳定性，再考虑到以PLC进行闭环张力控制的系统构建成本，由于必须通过众多的A/D、D/A模块的转换以及张力检测器+张力放大器的信号反馈才能实现其控制，其资金投入也不低，我们认为它不是最佳的选择。

　　鉴此，我公司更倾向使用专用张力控制器来实现设备的张力控制。在我们曾经使用的欧美、日本及国内包括台湾在内的外众多品牌中，我公司最终选择了具有理想的性价比的三菱半自动张力控制器LD-30FTA和全自动张力控制器LE-40MTA-E，其原因有以下几点：

　　1、半自动张力控制器LD-30FTA：该控制器是一个卷径检测式张力控制器，检测方式可以是通过接近开关输入卷轴运行的脉冲来检测材料厚度的增减，也可以利用超声波进行检测，从成本及安装便利等因素考虑，我公司都是采用接近开关的方式。该控制器对比同类半自动张力控制器，具有功能丰富，设置简单，操作方便，性能稳定的优点。我公司一般在分切及复卷设备上都使用该控制器。例如在一种分切镭射膜的双摇臂分条机就采用该控制器来收卷，因为这种膜要求张力非常稳定，如用其他品牌的张力控制器控制，因张力不稳很容易拉断、刮伤。由于该控制器本身已具有内部及外部锥度控制的功能，锥形斜率就比其它控制器效果做得好，所以有一些大复卷机做的材料要求收得内紧外松，它就可以很好的发挥。另外，该控制器所具有的根据8种不同材料进行8种不同控制设定选择的模式也比较实用，不同的材料只需第一次设定好后下次便可直接进入，不必担心换人开机后因设定不好而影响其控制效果

　　2、全自动张力控制器LE-40MTA-E：与三菱LX-TD系列张力检测器配合，性能稳定，比半自动控制器的功能更强大，操作更方便，控制更精确。该控制器的初始设定简单，只要完成了满量程设定、调零设定及配重设定，运行时只需设定好目标张力，即可在材料的放卷、收卷以及中间送料的各部分运动过程都会让线上实际张力迅速地自动追踪到目标张力。该控制器主要是通过其DC0～24V的输出端子控制磁粉或磁滞制动器和离合器，同时也可以通过其DC0～5V或DC0～±5V的输出端子控制伺服电机、直流电机和矢量变频器，实现效果极佳的转矩控制。

　　在控制较小张力的时候，我公司一般都是选择张力控制器控制磁粉类执行机构这一模式，而对于一些张力要求很大，或者收放卷的线速度要求高，卷径变化大的场合，我公司就利用该控制器控制伺服或直流马达及矢量变频器等执行机构的控制模式。比如我公司的一种大型上胶设备上的收放卷就是用它来控制矢量变频器进行收卷的，因为此设备加工处理的材料厚度约30cm，长8000多米，要求张力非常大，要求前后张力均要稳定且须配合好，否则很容易被中间卷轴卷进去缠在一起，或者是被拉断。这种设备的收卷轴满卷后要求不停机自动换轴，LE-40MTA-E上的不停机自动换卷功能有很好的满足了这一要求，不会像其他品牌换轴之后短时间内张力会出现过大或跟不上的现象，造成材料拉伸、变形，严重的会断裂或卷成一团。若是中途停机再启动，使用LE-40MTA-E的失速存储复位功能，不会造成张力突变，且能使线上张力很快的自动追踪到目标张力，其他的控制器则不能反应这么快，往往会出现重新启动后一段时间的张力不稳定。

　　LE-40MTA-E全自动张力控制器卓越性能的发挥，有赖于作为张力信号的监视和反馈的三菱LX-TD系列张力检测器的完美配合。三菱LX-TD系列张力检测器为差压式张力检测器，由于其具有抗磨耗、抗疲劳、抗冲击性强、灵敏度高、线性良好及可在360度内任意角度安装等特点，同时从0～2000N的张力范围内对应有六个张力段检测器可供选择，令人使用起来得心应手。

　　由于LE-40MTA-E张力控制器性能稳定，界面清晰，操作简单，控制细腻，深受我公司设计及调试人员的喜爱，也深受我公司广大用户的推崇。

四、张力执行机构的选定

　　在前面的介绍中也曾提到，作为收放卷设备的张力控制的执行机构，主要有磁粉和磁滞离合器/制动器、气动离合器/制动器、伺服电机、矢量变频器等等。根据设备上不同的张力控制的范围和精度要求，可以选择不同的执行机构。一般来说，我公司都是使用磁粉离合器/制动器来控制收放卷直径在1米左右的设备的张力，而对于收放卷直径在1米5以上，卷径变化范围大的设备，我公司大都考虑使用直流电机或用如三菱的FR-A700系列的矢量变频拖动普通电机的方式来做张力控制的执行机构。

　　虽然目前的磁粉产品除三菱品牌之外，还有国内国外的很多品牌可以选择，而且三菱磁粉产品的售价与其他品牌相比都比较贵，但我公司给客户选配或推荐的主要还是以三菱的为主，因为三菱磁粉离合器和磁粉制动器有如下优点：

　　1、容易控制，通过调节电流，即可获得任意可调的细腻扭矩。因此即使转速发生变化，只要保持电流为一定值，则扭矩也保持一定，激磁电流与转矩配合的线性效果明显。

　　2、扭矩控制范围广，磁粉离合器/制动器对于额定扭矩的扭矩控制范围是1～100％。而其他的品牌往往在低转矩时表现逊色，因此在低扭矩区域容易出现启动故障（开始收卷时）。

　　3、张力控制精度高，即使是覆膜机、涂层机等低速机械，也无需使用减速机，因此受机械损耗的影响较少。低速旋转也能获得稳定的滑差转矩。（收卷时，通过使用磁粉离合器的逆转输入，即使在超低速旋转或停止时，也能进行稳定的张力控制。）

　　4、影响磁粉离合器寿命的二个主要部件是磁粉和轴承。与三菱磁粉比较，国产磁粉产品存在下列性能方面的问题：磁粉的颗粒大、耐磨性差，使用寿命短；扭矩稳定性差；产品之间的差异大，无法达到产品手册宣称的数值。其原因是零部件加工精度低，动作面未实施硬化处理，导致磨耗劣化快、使用寿命短；使用耐热性较低的轴承；另外轴承无密封功能，导致磁粉渗漏。

总结：

　　我公司在设计、制造胶粘带加工生产的专业设备上，由于一直坚持不断地消化、吸收和灵活运用包括日本三菱在内的国内外有关张力控制的先进技术和设备，坚持“技术创新，加强品质，客户至上”的经营理念，坚持设备性能的高定位和控制系统的高配置，终于在激烈的市场竞争中走出了一条自己的路。目前，我公司的产品普遍地得到台湾地区、中国各省自治区各大胶粘带制品业者的信任与支持，设备销售网络遍及台湾、新加坡、马来西亚、印度、越南等国家和地区。

　　实践证明，选用质量可靠、性能优越的张力控制产品，不仅提升了我公司的技术水平，提高了我公司的设备档次，也给我公司及我们的用户带来了好的效益。