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本帖最后由 师程工_李 于 2019-9-3 16:08 编辑
印刷工艺分类——张力控制
张力控制是印包所有工艺的基础。这部分讲张力控制工艺。 ==========================================================
一、断续运行：弹性储料架、风箱吸风 在实际应用中有一些工艺，材料不是匀速运行的，需要频繁的启停、加减速或者正反转，这样在高速运行中，很难保证材料的张力稳定。这种运行中的波动，需要在放卷与牵引之间、牵引与收卷之间增加缓冲的机构。这种缓冲机构一般采用两种方式：弹性储料架和风箱吸风。如右图。 弹性储料架的方式，材料会绕在缓冲辊上，多辊可以减少储料架的行程。储料架上会安装位移传感器，储料架的移动会触发送料电机或者收料电机的启停，以此保持张力稳定。 风箱吸风的方式，材料会依靠重力及风力下垂在风箱当中，风箱中会安装一上一下两个传感器，根据材料下垂的多少，来控制收放卷电机在高速与低速之间切换。两个传感器可以有3种状态（下传感器有信号，上传感器无信号的情况被排除）。 除了增加缓冲机构，还可以使用机械方式保持张力，比如增加棉条压紧，或者使用重锤，等等，这里不作讨论。
二、连续运行：表面卷取 在匀速运行场合，材料张力的控制可分为中心卷取与表面卷取。 表面卷取方式，电机只驱动摩擦辊，而材料收卷在卷取辊上。摩擦辊一般靠气缸压在卷取辊上，气缸使用恒压阀，保证压力恒定，这样可以通过摩擦的形式，把电机扭矩恒定地传递到材料表面。因为电机直接控制材料表面张力，所以不受卷径变化的影响，不需要卷径计算。 一般表面卷取方式使用电机扭矩模式运行，保证表面张力稳定可控即可。根据要求，可适当增加补偿。
三、连续运行：中心卷取 若采用中心卷取方式，会发现材料的张力、线速度，与电机的输出转矩、转速之间不是线性的关系，而是跟卷径大小有关，他们的关系是T=F*R，V= ω*2πR。通过控制电机的输出转矩（转矩模式）或者运行频率（速度模式），就可以获得稳定的张力。核心是取得准确的实时卷径。 一般我们使用开环转矩模式和闭环速度模式。 在开环转矩模式下，通过牵引轴，我们可以得到系统线速度，再通过收放卷轴的转速，我们就可以得到实时卷径。这样我们就可以得到电机应有的输出转矩，保证材料张力一定。 在闭环转矩模式下，根据系统线速度和实时卷径，我们可以匹配一个运行频率f1，根据张力闭环PID，我们可以得到一个调节频率f2，电机实际运行频率f=f1+f2。因为f2的存在，对f1 和R的要求并不是很高，f也会反过来修正R，保证材料张力一定。 除了线速度计算卷径的方式，我们还可以采用厚度累计法。只需在负载轴上安装传感器来计算圈数，设定材料厚度，根据圈数计数即可知道实时卷径。这种方式的好处是，结构和算法简单，线性度好，稳定可靠。但控制精度不高，卷径出错后无法消除。
随着多轴运动控制器和高速实时运动总线的发展，还有一类设备是使用位置模式进行张力控制的。可开环可闭环。 若使用开环位置模式，一般会有前后两个牵引轴，是电子齿轮关系，线速度不相等。这样两个牵引轴之间会有持续的材料拉伸变形。根据杨氏模量理论，形变量的大小决定了张力大小。线速度差越大，形变越多，张力越大，直到一边牵引打滑。 若前后两个牵引之间的材料过长，或无法通过拉伸变形产生合适的张力，那么需要增加张力反馈机构，使用闭环位置模式。类似于闭环速度模式，通过收放卷转过的角度和牵引转过的距离，即可求得实时卷径，进而确定实时电子齿轮比，并且叠加张力反馈PID进行调节，具有灵敏、准确的特点。
四、连续运行：磁粉/气/液制动器 在张力控制场合，除了上述电机的应用，磁粉的应用也非常广泛。 磁粉是根据电磁原理并利用磁粉来传达转矩的，其传达之转矩与激磁电流基本成线性关系。因此，只要改变激磁电流之大小，便可轻易地控制转矩的大小。正常情况下，在5%至 100%的额定转矩范围内，激磁电流与其传达之转矩成正比例线性关系。当激磁电流保持不变时，其传达之转矩不受传动件与从动件之间差速（滑差转速）之影响，即静力矩与动力矩无差别。因此可以稳定地传达恒定之转矩。此特性若运用于张力控制，则用户只需调节激磁电流之大小，便能准确控制并传达所需转矩，从而简便、有效地达到控制卷料张力的目的。磁粉具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪音、无冲击振动节约能源等优点，是一种多用途、性能优越的自动控制元件。 同时，磁粉也有一些弱点：在低转矩下线性度差，高转速下发热严重，温度高容易退磁等。所以使用变频器取代磁粉做张力控制，是一个趋势。
磁粉分为磁粉离合器与磁粉制动器两种，它们的原理相同，只是结构上略有不同：磁粉离合器的驱动体（输入端）和从动体（输出端）是在同心轴上的，两者之间有磁隙并由轴支撑，可以自由旋转。在磁隙中间填放有高导磁性的磁粉（铁性磁粉）并在基外周配置了励磁线圈，以便保证磁通通过。在无励磁状态下旋转驱动体时，磁粉因离心力作用贴向驱动体工作面，驱动体与从动本不能连为一体。当线圈励磁后，磁粉沿着所产生的磁通，有如链条一样的形式连结起来，通过这些磁粉之间的连结力和磁粉与动作面的摩擦传导扭矩。因此也可以说是磁粉为介质的摩擦式离合器。如果把驱动体固定，只留个从动体出来，就是磁粉制动器了。 不难理解，收卷适合使用磁粉离合器，驱动体连接电机，给定速度运行，从动体连接负载。速度给定略大于系统线速度，磁粉离合器就会打滑摩擦，负载就会获得磁粉给定的扭矩。 放卷适合使用磁粉制动器，只需将驱动体连接负载即可，被动放料，磁粉制动器打滑摩擦，负载就会获得磁粉给定的扭矩。 类似原理还有气动离合器、液压离合器，大型机械应用也比较广泛。 ==========================================================
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