浅谈住友张力控制系统在涂布机上的应用

潘金根　夏溪

随着太阳能背板、精密涂布行业的迅速发展，国内相应的设备制造业也得到了迅速发展。但是，行业的发展需要高科技的支撑，国内普通的变频技术已经不能满足高精度涂布的张力控制需要，伺服电机价格又太昂贵。为此，陕西北人印机公司引进了日本住友张力控制系统，用变频电机和住友驱动器作位置控制，从而在保证成本的同时，提高了张力控制精度，大大提高了国产初机器与进口机器的竞争力。

1 传统张力控制系统框图（见图1）

TP：张力传感器或者摆辊，检测张力用

IMP：电机驱动辊处的压辊，隔断张力用

TEN，SET：张力设定，一般在人机界面中设定

LS：电机的主速度给定

INV：变频器

M：变频电机

PLC：可编程控制器，计算电机速度

2 原理

传统的张力控制系统主要的控制部分在PLC中实现：通过触摸屏设定需要的张力值，TP反馈实际的张力，在PLC中，比较两个张力的差值，再进行PlD运算，计算出一个速度调整量，与电机的主速度LS进行叠加，输出一个最终的速度给变频器，并通过变频器驱动电机运动，达到控制张力的目的。

1 住友张力控制系统框图（见图2）

TP：张力传感器或者摆辊，检测张力用

IMP：电机驱动辊处的压辊，隔断张力用

TEN，SET：张力设定，一般在人机界面中设定

LS：电机的主速度给定

PAU：住友专用的电机驱动器

M：变频电机

MC550：住友控制器，每个控制器最多可带8个驱动器，并且有PLC的功能。

2 原理

该系统由4部分组成，张力给定、张力检测（反馈）、驱动器、执行器（电机）。

在该控制系统中，首先整机各驱动部件都按照同一线速度给定信号LS进行同步控制，在人机界面中设定需要的张力值TEN，SET，通过TP检测，反馈实际的张力，在MC550中与设定张力值进行比较计算后，得到一个张力调整量，张力调整量与主速度信号LS进行叠加，形成总控制量，输出到PAU，并实现控制矢量电机的转速，达到速度稳定，张力稳定的目的。该控制系统检测单元为张力传感器或者摆辊，能准确地反映出实际张力的大小，以矢量电机作为驱动元件，具有响应迅速、適应范围广、控制精度高等特点。

1 加减速的处理

我们知道所有的物体均有惯性，当要改变相应物体的物理状态时，就必须施加外力，使物体从一种状态变化到另一种状态。在张力控制时，当速度产生了变化，通过电机驱动来克服传动，执行元件的惯性，并拉动材料来克服各个导向辊的惯性，使系统张力变得不稳定，所以住友控制系统在加减速时作了S曲线加减速的处理。

V₀：目标线速度

t₀：一般加速时到达目标速度的时间

b₀：S曲线加速时到达目标速度的时间

t₁：开始减速时间

t₂：一般减速时到达零速时的时间

t₂：S曲线减速时到达零速时的时间

从上面的曲线图能看出来，系统在开始加速或开始减速时，作了一个S曲线处理，使系统从稳态到动态变化时，先缓慢变化，再匀加速变化减少突然变化给系统带来的冲击，同时也减少系统转动惯量对张力的影响；加速完成和减速完成时具有同样的功能。

2 信号的精度及抗干扰的处理

张力控制系统是一个多轴联动的系统，内部包含有很强的干扰源，对检测信号的抗干扰处理是必要的也是必须的。

检测信号的精度直接影响着控制精度，试想张力的波动不能实时可靠地反映出来，再好的控制系统也无能为力，只有实时、可靠的检测信号才能保证控制的高精度。

住友对检测信号的抗干扰措施：从机身到电气柜的信号尽可能采用电流型，有效减少在信号传递过程中的信号衰减。信号进MC550之前，都需要经过信号转换器，有效进行信号隔离，减少信号干扰。同时要求高低压、交直流分隔走线及布线，所有信号线均采用屏蔽线；在软件上，对检测信号进行滤波，消除错误的检测信号对系统产生的冲击。

3 住友控制器位置控制的应用

由于涂布机的材料一般比较厚，为保证裁切的可靠性，所以在收料部采用的是零速接料，这就需要在收料牵引前面加上一个储料架。在储料过程中，根据储料架电机的转动，随时记忆储料架上升的位置，根据主机速度，在不同的位置，储料架的加速度不同。

4 回转架转动多段速的应用

回转架转动的过程对张力的影响也是很大的，尤其是回转架启动和停止的一瞬间，是一个动态、静态转化的过程，这个和整机加减速有着同样的特性，此时要求回转架的转动采用变频器的多段速指令，进行高低速的切换，并且延长变频器的加减速时间，最大程度地减少回转架转动对张力稳定性的影响。

5 压辊离合压时单独PID的应用

压辊离合压时，由于料长发生了变化，此时的张力平衡被打破，而要建立新的稳定的张力，就需要一个可靠的PlD来实现，如果离合压和稳态时共用一套PlD，将会延长系统建立张力的时间，为此，住友系统在离合压时，选择单独PlD控制，大大缩短了系统建立张力的时间。

以上的方法是笔者在住友系统调试中总结出来的，通过以上措施的实施，有效地控制了张力的稳定性，大大减小了张力波动，保证了涂布的精度，明显地改善了整合设备的张力状况，升降速废品率，接换料废品率大大减小。