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橡塑技术与装备（橡胶） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)

2 钢丝合股机张力控制原理 速度
钢丝在牵引过程中会受到张力的影响，其张力产 （2）收卷侧改为三垦力达 WD 系列卷绕专用变频
生原理如图 1 所示。 器；
（3）增设张力检测机构，将电位器侧张力变化信
号反馈到收卷电机侧，通过 PID 控制以实现收放卷同
步。
3.2 控制架构及原理
高速合股机的控制架构如图 2 所示，张力检测由
图 1 张力形成机理图 张力架和张力检测电位计构成，用于检测张力的变化，
其中是钢丝缠绕的线速度，是钢丝放线的线速度， 然后将张力反馈到三垦力达 WD 卷绕专用变频器中，
如果，张力增强，钢丝被拉紧 ；如果，张力减弱，钢 通过 PID 控制，控制收卷电机的转速和位置。收卷电
丝将会松弛。在此过程中，若张力变化在弹性范围内， 机首先确定初始卷径，然后由设定转速计算得到变频
则张力 F 满足胡克定律 ： 器的初始频率，最后根据卷径的增大依次降低变频速
度，从而保证线速度恒定 ；放卷电机与收卷电机之间
EA 1 t 1 t
F = 0 ∫ v − v )dt = K 0 ∫ v − v )dt (1)
L ( 1 2 ( 1 2 通过同步带连接。表 1 为控制系统中所需的部分电气
其 中，E 是弹性模量，A 是截面积，L 为钢丝在 组件参数。
张力状态下的长度，K 是弹性系数。根据式 (1) 可知，
要使张力控制效果良好，须将和的线速度差控制在一
定范围内。对于钢丝合股机的恒张力控制，其实是基
于线速度的实时跟踪控制系统 [9~10] 。钢丝合股时，首
先假设速度恒定，其次使系统满足，且实时调整动力
机构，从而令稳定，则钢丝可维持在令人满意的张力
范围内，以此钢丝才能够在此张力下稳定的运行。
图 2 控制架构

3 高速钢丝合股机系统技术改造方案 表 1 电气组件具体参数
公司现有 4 台 80 年代从美国引进的高速钢丝合 产品名称 型号
三垦力达变频器 WD05-4.OK
股机，此高速钢丝合股机属高压钢丝胶管生产线设备 张力检测用电位器 10k，2W
之一。主要用于多股钢丝的合并，为下一工序做准备。 收卷电机 4kW/4P
经过多年的使用其电气性能有了大幅的下降。在整个 3.3 生产工艺要求
工作过程中，其工艺要求主要是为了保持张力恒定的 （1）设备在运行过程中保持恒线速度 ；
恒线速度收卷，尤其是在起始和终止阶段。由于机械 （2）在启动和停车时无大的冲击现象 ；
构造的限制，放卷为被动放卷。在节约费用的前提下， （3）断线停车保护功能 ；
为提高高速钢丝合股机的合股性能，现对其进行技术 （4）点车慢速功能 ；
改造升级。 （5）长度显示功能 ；
3.1 技术改造总体思路 （6）满线停车功能。
为了满足合股线的恒张力，维持各合股线的张力
相同，同时满足系统性能指标要求，需要设计一种既 4 结束语
可以实现合股线放线张力调节，又可以满足张力平衡 本文对高速钢丝合股机进行技术改造，首先运用
调节的系统。因此，本文提出一种技术改造方案 ： 三垦力达变频器使牵引、整线、排线、收卷协调一致；
（1）将被动放卷改为主动放卷，在放卷侧加放卷 然后采用主动放线设计，同时增加张力检测机构使各
电机，由同步带拖动负载，变频器控制放卷电机放线 机构联动控制，从而实现了合股线的恒张力和张力平

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