二、凹印機(jī)張力控制的類型、檢測方式及應(yīng)用

　　1.張力控制的主要類型和特點(diǎn)

　　張力控制是指能夠持久地控制料帶在設(shè)備上輸送時的張力的能力。這種控制對機(jī)器的任何運(yùn)行速度都必須保持有效，包括機(jī)器的加速、減速和勻速。即使在緊急停車情況下，它也有能力保證料帶不產(chǎn)生絲毫破損。凹印機(jī)張力控制基本上分手動張力控制，開環(huán)式半自動張力控制和閉環(huán)式全自動張力控制三大類。手動張力控制就是在收卷或放卷過程中，當(dāng)卷徑變化到某一階段，由操作者調(diào)節(jié)手動電源裝置，從而達(dá)到控制張力的目的。不過現(xiàn)代凹印機(jī)手動張力控制系統(tǒng)已基本被淘汰，而僅僅作為閉環(huán)式全自動張力控制系統(tǒng)中的一種操作模式存在。開環(huán)式半自動張力控制又稱卷徑檢測式張力控制，它是用安裝在卷軸處的接近開關(guān)、檢測出卷軸的轉(zhuǎn)速，并通過所設(shè)定的卷軸直徑初始值和材料厚度，累積計(jì)算求得收卷或放卷筒當(dāng)前的直徑，相應(yīng)卷徑的變化輸出控制信號，以控制收卷轉(zhuǎn)矩或放卷制動轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)整料帶的張力。因?yàn)榫磔S每轉(zhuǎn)一圈，卷徑會發(fā)生2倍于料帶厚度的變化。此種張力控制不受外界剌激的影響，能實(shí)行穩(wěn)定的張力控制。但是，由于受傳動裝置的轉(zhuǎn)矩變化、線性變化和機(jī)械損耗等因素影響，這種張力控制的絕對精度較差。閉環(huán)式全自動張力控制是由張力傳感器直接測定料帶的實(shí)際張力值，然后把張力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成張力信號反饋回張力控制器，通過此信號與控制器預(yù)先設(shè)定的張力值對比，計(jì)算出控制信號，自動控制執(zhí)行單元則使實(shí)際張力值與預(yù)設(shè)張力值相等，以達(dá)到張力穩(wěn)定目的。它是目前較為先進(jìn)的張力控制方法。另外，在我國制造和銷售的中、高檔印刷機(jī)張力控制系統(tǒng)中，由于更高的印刷速度及生產(chǎn)工藝對張力控制提出了更高的要求，使得磁粉離合器已不能勝任該類系統(tǒng)的執(zhí)行單元。因此在現(xiàn)代凹印機(jī)、高速分切機(jī)、高速涂布復(fù)合機(jī)中已被交、直流伺服電機(jī)執(zhí)行單元所取代，實(shí)現(xiàn)了更加先進(jìn)的張力伺服控制。

　　如果你的機(jī)器需要非常精確的張力控制，你必須采用閉環(huán)式全自動張力控制。其中一個很重要的環(huán)節(jié)就是如何合理地選擇張力檢測方式。目前，張力檢測方式基本上分三種：　　①張力傳感器(load?cell)測方式：它是對張力直接進(jìn)行檢測，與機(jī)械緊密地結(jié)合在一起，沒有移動部件的檢測方式。通常兩個傳感器配對使用，將它們裝在檢測導(dǎo)輥兩側(cè)的端軸上。料帶通過檢測導(dǎo)輥施加負(fù)載，使張力傳感器敏感元件產(chǎn)生位移或變形，從而檢測出實(shí)際張力值，并將此張力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成張力信號反饋給張力控制器。最終實(shí)現(xiàn)張力閉環(huán)控制。市場上彈力傳感器的類型較多，經(jīng)常采用的有板簧式微位移張力傳感器(如日本三菱LX-TD型)，應(yīng)變電阻片張力傳感器(如美國蒙特福T系列)和壓磁式張力傳感器(如中國ABB枕式系列)等等。其優(yōu)點(diǎn)是檢測范圍寬，響應(yīng)速度快，線性好。缺點(diǎn)是不能吸收張力的峰值，機(jī)械的加減速難以處理，不容易實(shí)現(xiàn)高速切換卷等。因此，當(dāng)處于平衡狀態(tài)的張力控制系統(tǒng)受到較強(qiáng)的干擾時，系統(tǒng)瞬間來不及作出反應(yīng)，料帶上張力變化的幅度值會較大，對張力控制盡快重新進(jìn)入平衡狀態(tài)不利。

　　②浮輥式(Dancer?Arm)張力檢測方式：它是一種間接的張力檢測方式，實(shí)質(zhì)上是一種位置控制，當(dāng)張力穩(wěn)定時，料帶上的張力與氣缸作用力保持平衡，使浮輥處于中央位置。當(dāng)張力發(fā)生變化時，張力與氣缸作用力的平衡被破壞，浮輥位置會上升或下降，此時擺桿將繞M點(diǎn)轉(zhuǎn)動并帶動浮輥電位器一起轉(zhuǎn)動。這樣，浮輥電位器準(zhǔn)確地檢測出浮輥位置的變化，它將以位置信號反饋給張力控制器，控制器經(jīng)過計(jì)算并輸出控制信號，控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行糾偏。然后浮輥恢復(fù)到原來的平衡位置。由于浮輥式張力檢測裝置本身是一種儲能結(jié)構(gòu)，利用其自身的沉余作用，對大范圍的張力跳變有良好的吸收緩沖作用，同時也能減弱料卷的偏心（橢圓）以及速度變化對張力的影響。此系統(tǒng)要求氣缸磨擦系數(shù)小，響應(yīng)速度快，氣源穩(wěn)定。浮輥和擺桿的重量要輕，轉(zhuǎn)動要靈活。

　　③浮輥/反饋復(fù)合式張力檢測方式：它可同時檢測由浮輥電位器輸出的浮輥位置信號和張力傳感器輸出的張力信號，從而可向系統(tǒng)提供更高精度的張力控制。其特點(diǎn)是：它不但具有浮輥控制對大范圍張力跳變的吸收或緩沖功能，而且還對機(jī)器加、減速時有很好的緩沖平穩(wěn)作用，并容易實(shí)現(xiàn)高速切換卷。具有張力傳感器閉環(huán)控制的高精度、高重復(fù)性的特點(diǎn)。例如美國蒙特福(MONTALVO)公司的X/D3000型浮輥/反饋復(fù)合式張力控制裝置就屬于該種類型。

　　2.張力控制的典型應(yīng)用

　　①放卷、進(jìn)料牽引、出料牽引、收卷采用主控制柜協(xié)調(diào)集中控制和操作。四段張力即指放卷張力，進(jìn)料牽引張力，出料牽引張力，收卷張力等四部分張力。所有四段張力均通過交流矢量變頻電機(jī)來實(shí)現(xiàn)張力自動控制。可進(jìn)行速度、張力、卷徑等參數(shù)的設(shè)定，還可實(shí)時顯示速度、張力等參數(shù)狀況。系統(tǒng)控制精度高，反應(yīng)快，穩(wěn)定性好。操作人員可在機(jī)器的任何部位進(jìn)行啟動、加速、減速或停止操作，操作非常便利。在放料、收料墻板上除裝有張力控制操作盤外，還裝有整臺機(jī)器啟動、停止及緊急停止開關(guān)。由于采用交流矢量變頻電機(jī)收料，控制的速度范圍較寬，無論在低速還是高速都具有良好的性能，可實(shí)現(xiàn)錐度張力控制，收卷效果極佳。另外還包括高速不停機(jī)全自動接料及切料，收、放卷預(yù)驅(qū)動，安全自動報(bào)警及長度自動計(jì)數(shù)和顯示控制功能等。最大控制張力20kg，主機(jī)印刷速度0～200m/min。

　　②浮輥式張力伺服控制系統(tǒng)?浮輥式張力伺服數(shù)控裝置系統(tǒng)采用四段閉環(huán)式全自動張力伺服控制系統(tǒng)。四段張力即指放卷張力、進(jìn)料牽引張力、出料牽引張力和收卷張力等四部分。四段張力控制均由每段設(shè)置的張力控制器，通過其浮輥位移檢測裝置的反饋構(gòu)成閉環(huán)進(jìn)行自動控制。所不同的是放卷和收卷單元采用了交流矢量變頻電機(jī)，而進(jìn)料牽引和出料牽引單元卻采用了伺服電機(jī)。一方面，由于放卷和收卷單元采用了交流矢量變頻電機(jī)，控制的速度范圍較寬，精度高，無論是在低速還是在高速都具有良好的性能，只要閉環(huán)控制矢量變頻電機(jī)就可得到穩(wěn)定的放卷張力和收卷張力。另一方面，進(jìn)料牽引和出料牽引單元選用伺服電機(jī)，是因?yàn)闋恳龔埩�控制器通過浮輥位移檢測裝置的反饋構(gòu)成閉環(huán)，并根據(jù)主機(jī)設(shè)置線速度控制伺服電機(jī)得到穩(wěn)定的張力。正因?yàn)槿绱耍�必須與主機(jī)聯(lián)動，由中央控制柜協(xié)調(diào)集中控制和操作。

　　另外，系統(tǒng)還具有高速運(yùn)轉(zhuǎn)不停機(jī)切換卷，收、放卷預(yù)驅(qū)動，安全自動報(bào)警及長度自動計(jì)數(shù)和顯示控制等功能。該系統(tǒng)不但控制精度高，反應(yīng)快，張力波動小，還能當(dāng)蓄能器使用，可吸收系統(tǒng)中突然產(chǎn)生的張力峰值。并且它很容易實(shí)現(xiàn)高速切換卷，在機(jī)器加、減速時有很好的緩沖吸收作用。最大控制張力25kg，主機(jī)印刷速度0～250m/min。