张力控制基础篇

张力控制装置讲座三菱电机株式会社基础篇何谓张力控制？做什么（目标）纸张、胶片→称为Web

线材、丝线

etc.

为什么（目的）

提高加工精度、提高时效、提高材料利用率

如何做（手段）

控制材料放卷、收卷、中间部分拉伸状况

各种长尺寸材料纸类塑料薄膜、胶片铝箔、压制品铜箔、金属箔、电线类纤维各种长尺寸材料纸类塑料薄膜、胶片铝箔、压制品铜箔、金属箔、电线类纤维哪些机械使用张力控制？材料的制造抄纸、胶片成型、拉线、轧制哪些机械使用张力控制？

在材料上印刷凸版印刷机

→

胶片包装胶印机

→

杂志、广告表格印刷机

→

票据标签印刷机

→

标签、胶纸丝网印刷机

→

布、壁纸哪些机械使用张力控制？

在材料上印刷凸版印刷机

→

胶片包装胶印机

→

杂志、广告表格印刷机

→

票据标签印刷机

→

标签、胶纸丝网印刷机

→

布、壁纸哪些机械使用张力控制？加工材料的表面涂装、粘贴、压模、电镀、照射、加热哪些机械使用张力控制？改变材料的形状

切开、切断、冲剪、焊接、捻线材料的检查

…

etc.三菱电机张力控制产品业务的发展三菱电机张力控制产品业务的发展历程其他张力控制装置磁粉离合器和制动器通过与英国SMITH公司进行电磁粒子式离合器的技术合作开始量产ZKA、ZKB系列发售ZKG系列发售ZA系列发售ZKB－N系列发售ZKB－HBN系列发售ZA－□1系列发售

取得ISO9001认证ZX－Y系列发售

取得ISO14000认证ZA－AN系列发售

手动式张力控制装置发售（ZKD）

全自动张力控制装置发售（ZKE）

微型计算机内置张力控制装置发售（LE－PMA）

取得ISO9001认证LE－40MT系列发售LX－TD系列发售

取得ISO14000认证LD－30FTA发售LM－10PD系列发售LE－30CTN发售LD－40PSU发售

汽车用磁粉离合器开始使用

汽车无级变速器用磁粉离合器开始生产控制器、磁粉离合器和制动器情况控制器、磁粉离合器和制动器的比较公司名称

日本、美国

主要销售国家和地区三菱电机

NIREKO神钢电机

EIKO测量仪器

张力控制器

产品

磁粉离合器/制动器

张力检测器

空气离合器/制动器

电磁离合器/制动器

耳端位置控制装置

彩色控制器AC伺服电机PLC

其他Web相关机器

其他FA产品

张力控制器的市场份额(预计)

系统兼容性

备注

日本、韩国

日本、台湾、韩国

图像检查装置切割刀位置控制装置

移动控制器（Web控制用）

正着力于图像检查装置

移动控制器变频器显示器等AC伺服及PLC三菱电机的客户

日本,中国,台湾,韩国引入张力控制带来的效果提高了印刷品质防止了偏色张力控制良好张力控制不良张力过大张力过小张力正合适引入张力控制带来的效果收卷状态的改善菊花状凹陷状弯弧状竹笋状坍肩状●收卷状态良好时●收卷状态不佳时减少后道工序的材料

损失进行张力控制，需要作哪些准备？传感器＝眼、鼻、耳、触觉张力检测器卷轴转速检测材料速度检测

etc

执行机＝肌肉产生驱动机械的动力

控制装置＝头脑利用传感器和控制输入信号对控制指令进行演算进行张力控制，需要作哪些准备？传感器＝眼、鼻、耳、触觉张力检测器卷轴转速检测材料速度检测

etc

执行机＝肌肉产生驱动机械的动力控制装置＝头脑利用传感器和控制输入信号对控制指令进行演算进行张力控制，需要作哪些准备？传感器＝眼、鼻、耳、触觉张力检测器卷轴转速检测材料速度检测

etc

执行机＝肌肉产生驱动机械的动力

控制装置＝头脑利用传感器和控制输入信号对控制指令进行演算进行张力控制，需要作哪些准备？传感器＝眼、鼻、耳、触觉张力检测器卷轴转速检测材料速度检测

etc

执行机＝肌肉产生驱动机械的动力

控制装置＝头脑利用传感器和控制输入信号对控制指令进行演算为进行张力控制，需要哪些准备？传感器＝眼、鼻、耳、触觉张力检测器卷轴转速检测材料速度检测

etc

执行机＝肌肉产生驱动机械的力

控制装置＝头脑利用传感器和控制输入信号对控制指令进行演算放卷控制卷毛线卸下货物放卷控制也称为展开（unwind）一边制动，一边对材料放卷必须使制动的能量以热的形式散发在电机控制中，也有使能量变成电源的方法磁粉制动器放卷电机放卷控制用变频器再现选择收卷控制提起货物收卷控制也称绕紧（wind）拉紧材料进行收卷必须加力（能量）进行收卷磁粉离合器收卷电机收卷电机收卷控制用变频器何谓扭矩？力的平衡使物体绕旋转方向转动的力1N1N1m1m1N1N1m扭矩=1(N)×1(m)=1Nm谁会赢？转动棒球棒谁会赢？转动棒球棒谁会赢？粗头一侧的人赢了！扭矩控制的基础张力、卷径、扭矩的关系在左图中

F(张力)×D(卷径)

T（扭矩）＝

2

外径(D)张力(F)扭矩(T)张力控制的方法扭矩控制速度控制

进给辊（Roll）磁粉制动器（PowderBrake）牵引车

进给电机（Motor）被牵引车●磁粉制动器(PowderBrake)的放卷扭矩(Toraue)控制●例如，用牵引绳(Rope)牵引没有驱动装置(Driver)的车子牵引绳(Rope)●例如，两辆车的同步驾驶●伺服电机(ServoMotor)的放卷调节器(Dancer)机构进给辊（Roll）

进给电机(Motor）

伺服电机（ServoMotor）调节辊（DancerRoll）先行车后续车绳子能进行这样的控制吗？

使用磁粉制动器和离合器磁粉制动器磁粉离合器收卷电机不能只往自己的一边拉！能进行这样的控制吗？需要决定进给速度的部分！通过主轴控制进给速度磁粉制动器磁粉离合器收卷电机主轴电机需要决定进给速度的部分！由卷轴控制收卷速度磁粉制动器收卷控制用变频器收卷电机需要决定进给速度的部分！由卷轴控制放卷速度磁粉离合器放卷控制用变频器收卷电机放卷电机再现选择张力控制系统的基础张力检测器（LX-TD）张力检测器（LX-TD）张力检测器（LX-TD）放卷轴收卷轴储线器辊位置扭矩控制信号磁粉离合器（ZKB）卷轴脉冲卷径演算单元（LE-40MD）速度设定位置旋钮主轴送进速度主轴进给速度进给轴脉冲进给轴脉冲收卷电机用速度命令张力控制器（LE-40MTB）张力表（LM-10PD）张力控制器（LE-30CTN）磁粉制动器（ZKB-HBN）扭矩控制信号张力AC伺服电机C伺服电机AC伺服电机张力信号张力信号AC伺服放大器AC伺服放大器AC伺服放大器变频器机械各部分的称呼张力控制系统的基础机械各部分的称呼放卷控制张力检测器（LX-TD）张力检测器（LX-TD）张力检测器（LX-TD）放卷轴收卷轴调节辊位置扭矩控制信号磁粉离合器（ZKB）卷轴脉冲卷径演算组件（LE-40MD）速度设定位置旋钮主轴进给速度主轴进给速度进给轴脉冲进给轴脉冲收卷电机用速度命令张力控制器（LE-40MTB）张力表（LM-10PD）张力控制器（LE-30CTN）磁粉制动器（ZKB-HBN）扭矩控制信号张力张力信号张力信号AC伺服放大器AC伺服放大器AC伺服放大器变频器AC伺服电机AC伺服电机AC伺服电机张力控制系统的基础机械各部分的称呼收卷控制张力检测器（LX-TD）张力检测器（LX-TD）张力检测器（LX-TD）放卷轴收卷轴调节辊位置扭矩控制信号磁粉离合器（ZKB）卷轴脉冲卷径演算单元（LE-40MD）速度设定位置旋钮主轴进给速度主轴进给速度进给轴脉冲进给轴脉冲收卷电机用速度命令张力控制器（LE-40MTB）张力表（LM-10PD）张力控制器（LE-30CTN）磁粉制动器（ZKB-HBN）扭矩控制信号张力AC伺服电机C伺服电机AC伺服电机张力信号张力信号AC伺服放大器AC伺服放大器AC伺服放大器变频器张力控制系统的基础机械各部分的称呼中间轴控制张力检测器（LX-TD）张力检测器（LX-TD）张力检测器（LX-TD）放卷轴收卷轴调节辊位置扭矩控制信号磁粉离合器（ZKB）卷轴脉冲卷径演算组件（LE-40MD）速度设定位置旋钮主轴送进速度主轴进给速度进给轴脉冲进给轴脉冲收卷电机用速度命令张力控制器（LE-40MTB）张力表（LM-10PD）张力控制器（LE-30CTN）磁粉制动器（ZKB-HBN）扭矩控制信号张力C伺服电机AC伺服电机张力信号张力信号AC伺服放大器AC伺服放大器AC伺服放大器变频器AC伺服电机执行机的种类和特征磁粉制动器、离合器电流扭矩成正比关系可连续滑差运转2040608010020406080100传递扭矩（％）120励磁电流（％）1200102030405001000扭矩（）Nm励磁电流1.24A(一定)0.8A

滑差转速（r/min）0.5A执行机的种类和特征磁粉制动器、离合器2040608010020406080100传递扭矩（％）120励磁电流（％）1200102030405001000扭矩（）Nm励磁电流1.24A(一定)0.8A滑差转速（r/min）0.5A

电流扭矩成正比关系

可连续滑差运转电磁磁粉离合器和制动器的工作原理

断开时连结时电流断开时，将不传递扭矩定子磁粉传动体轴(输入)从动体轴(输出)轴承离合器离合器线圈传动体从动体轴承电流接通时，磁粉沿着磁通连结成封闭状→

传递扭矩电磁磁粉离合器和制动器的工作原理断开时连结时磁通

电流断开时，将不传递扭矩定子磁粉传动体轴(输入)从动体轴(输出)轴承离合器离合器线圈

传动体从动体轴承电流接通时，磁粉沿着磁通连结成封闭状→

传递扭矩电磁磁粉离合器和制动器的工作原理断开时连结时磁通电流断开时，将不传递扭矩定子磁粉传动体轴(输入)从动体轴(输出)轴承离合器离合器线圈传动体从动体轴承电流接通时，磁粉沿着磁通连结成封闭状→

传递扭矩电磁磁粉离合器和制动器的工作原理断开时连结时电流接通时，磁粉沿着磁通连结成封闭状→

传递扭矩电流断开时，将不传递扭矩定子磁粉传动体轴(输入)从动体轴(输出)轴承离合器离合器线圈传动体从动体轴承磁通扭矩传递路径

断开时连结时电流断开时，将不传递扭矩定子磁粉传动体轴(输入)线圈传动体从动体从动体轴(输出)轴承离合器离合器制动器离合器的输出端固定轴承磁通扭矩传递路径电流接通时，磁粉沿着磁通连结成封闭状→

传递扭矩电磁磁粉离合器和制动器的工作原理电磁磁粉离合器和制动器的工作原理

磁隙放大照片（从离合器端面用摄像机拍摄）励磁关闭时（空转时）传动体（输入）从动体（输出）磁粉间隙从动体传动体输出端输入端磁粉摄像机拍摄励磁开启时（连结时）磁粉充满在磁隙中磁通线圈磁粉扭矩传递経路气压（MPa）扭矩（N·m）静动执行机的种类和特点空气制动器、离合器气圧和扭矩几乎成正比可以用孔数改变扭矩扭矩因滑差转速而异产生衬里及圆盘的摩耗粉执行机的种类和特点AC伺服扭矩对指令成正比无需保养在极低扭矩区域，控制不稳定不适合低速下的控制（扭矩波动）矢量变频器扭矩对指令成正比无需保养转动时在极低扭矩区域的控制也较稳定收卷取控制时需要注意扭矩控制范围执行机的种类和特点执行机有各自的特点

种类项目

磁粉离合器／制动器磁滞离合器／制动器空气离合器／制动器AC伺服电机矢量变频器扭矩直线性○○○◎◎扭矩再现性○◎△◎◎扭矩控制范围◎1～100%○5～100%○1～100%◎1～100%○5～100%寿命○磁粉◎△衬垫◎◎设置成本◎△◎×△执行机的种类和特点执行机有各自的特点

种类项目

磁粉离合器／制动器磁滞离合器／制动器空气离合器／制动器AC伺服电机矢量变频器扭矩直线性○○○◎◎扭矩再现性○◎△◎◎扭矩控制范围◎1～100%○5～100%○5～100%◎1～100%

○5～100%寿命○磁粉◎△衬垫◎◎设置成本◎△◎×△磁粉式适用于200Nm以下的控制执行机的种类和特点执行机有各自的特点

种类项目

磁粉离合器／制动器磁滞离合器／制动器空气离合器／制动器AC伺服电机矢量变频器扭矩直线性○○○◎◎扭矩再现性○◎△◎◎扭矩控制范围◎1～100%

○5～100%○5～100%◎1～100%

○5～100%寿命○磁粉◎△衬垫◎◎设置成本◎△◎×△磁滞式适用于低张力的机械执行机的种类和特点执行机有各自的特点

种类项目

磁粉离合器／制动器磁滞离合器／制动器空气离合器／制动器AC伺服电机矢量变频器扭矩直线性○○○◎◎扭矩再现性○◎△◎◎扭矩控制范围◎1～100%○5～100%○5～100%

◎1～100%○5～100%寿命○磁粉◎△衬垫◎◎设置成本◎△◎×△空气式适用于高张力及高速的机械执行机的种类和特点执行机有各自的特点

种类项目

磁粉离合器／制动器磁滞离合器／制动器空气离合器／制动器AC伺服电机矢量变频器扭矩直线性○○○◎◎扭矩再现性○◎△◎◎扭矩控制范围◎1～100%

○5～100%○5～100%◎1～100%

○5～100%寿命○磁粉◎△衬垫◎◎设置成本◎△◎×△AC伺服电机适用于高档的机械执行机的种类和特点执行机有各自的特点

种类项目

磁粉离合器／制动器磁滞离合器／制动器空气离合器／制动器AC伺服电机矢量变频器扭矩直线性○○○◎◎扭矩再现性○◎△◎◎扭矩控制范围◎1～100%○5～100%○5～100%◎1～100%○5～100%寿命○磁粉◎△衬垫◎◎设置成本◎△◎×△矢量变频器比AC

伺服电机经济张力控制方式的分类手动控制根据人的手感调整材料的拉伸

巻径控制（开环）使巻轴产生与巻径成正比的控制扭矩

全自动控制（闭环）用传感器检测张力，控制使之与目标张力一致开环和闭环什么是闭环也称为反馈控制在张力控制中，也称全自动控制在英文中，称为自动控制（automaticcontrol）。主轴卷轴张力检测器张力控制装置主轴卷轴张力检测器张力控制装置开环和闭环什么是闭环与目标张力比较使制动力变化

制动力使张力变化关闭（close）控制流程的环（loop）开环和闭环什么是开环也称非反馈控制在张力控制中，也称半自

动控制在英文中，英語称为半自

动控制（semiautomatic

control）主轴卷轴进给辊张力控制装置编码器接近开关卷径（半自动）控制主轴卷轴张力控制装置进给辊编码器接近开关卷径（半自动）控制开环和闭环什么是开环开启（open）

控制流程的环（loop）使制动力变化巻径计算

控制装置制动力计算手动控制主轴卷轴手动控制电源装置功率放大器调整旋钮手动控制与机械式相比控制稳定性较高调整简单引入成本低控制精度不太高依赖于人的感觉只能进行阶段性的控制卷径控制主轴卷轴进给辊张力控制装置编码器接近开关卷径（半自动）控制卷径控制引入成本比全自动控制低可以进行稳定的控制不需要张力检测器容易进行锥度控制有机械损耗及执行机特性的影响不能把握控制张力全自动控制主轴卷轴张力检测器张力控制装置全自动控制控制精度良好可以直接读取控制张力还可以修正执行机的扭矩特性对短期的外部干扰较弱成本较高