研华工控机在电力钢绳绞车张力速度控制系统中的应用案例介绍：张力控制系统广泛应用于工业生产中，在电缆、印染、纺织、轧钢、造纸等工业生产过程中，张力控制系统已成为不可缺少的重要环节。在造纸，纺织，印染和化纤生产中，其加工物都是带状，而且全部卷绕成圆筒形，为了使钢丝绳不断的传送，既不能堆叠又不能被拉断，卷绕紧密，整齐，在卷绕过程中，要求建立适宜的张力并保持恒定，这就需要张力控制系统。集中讨论钢丝绳主动释放机构的张力控制。
1 原 理 主动释放机构钢丝绳恒张力的传动控制，主要考虑滚轮的转速因素，即滚轮收钢丝绳时的转速随卷筒直径增大而逐渐减少，以保证钢丝绳的恒线速通过。另一因素是释放钢丝绳还应以张力要求形成适当的制动力矩。
钢丝绳主动释放机构张力控制装置整体可分为三部分：1张力/速度检测装置2控制装置3执行机构。执行机构是对钢丝绳产生摩擦牵引力的一对马达驱动的滚轮。控制器是系统的核心，它将速度，张力等传感器采集来的信号进行处理，与控制指标对比，根据控制性能要求进行数据处理，再将调整信号发出，通过放大环节来控制执行机构运动，调整张力和速度，完成控制过程。
图1 卷绕机构张力控制系统示意图
2 总体方案 系统的速度和张力是由两个闭环来控制的，张力的控制由卷筒，两个比例溢流阀与张力传感器，压力传感器和工控机构成力一电反馈闭环控制系统。速度主要是由卷筒，比例方向阀与速度传感器和工控机构成另一个闭环控制系统。同时两个闭环相互嵌套相互影响，如图2所示。
图2 钢丝绳张力控制系统框图 本系统中的控制核心是工控机，它负责接受操作命令，采集速度与张力信号，处理检测信号，发出控制指令，自动调节张力与速度，输出系统运行状态信息。 整个液压系统由一个单独的专用液压油源系统供油，提供给系统稳定的动力源，保证压力与流量的稳定，同时限制张力的限值防止意外发生。 牵引机构是系统主要的执行装置，包括牵引和排绳，牵引负责主动收放钢丝绳，调节输出扭矩进而控制张力大小。排绳绞车负责将钢丝绳均匀(且可随要求在运转中改变间距)地排在容绳卷筒上，系统的张力就由牵引马达来调整，当系统流量一定时，扭矩的大小通过控制马达进出油口两只溢流阀的压差来调节，马达的转速由比例方向阀来控制。 张力控制系统的检测部分包括4个压力传感器。一个张力传感器和3个转速传感器，4个接近开关，信号数据采集卡以及显示器件。
3 张力控制原理 系统张力控制是在速度稳定在一定范围内实现的，工控机首先通过调节比例方向阀将卷筒以一定的转速适当提升，比例控制阀起开关阀作用下一步的张力由溢流阀来调节。根据要求，工控机发出控制信号，通过D/A转换转换成电压信号，并经过放大输出控制电流驱动比例溢流阀运动，输出系统所要求的压力差，驱动牵引马达转动，液压马达驱动卷筒转动，拖动钢丝绳，钢丝绳绕过滚轮，终作用到被测系统上。导辊的转轴可以沿钢丝绳张力方向水平移动，钢丝绳的张力转化为作用在导辊上的压力，经过连接在转轴上的张力传感器检测，将张力信号反馈到工控机。工控机对要求的张力值与实际值的差值进行比较，输出经运算处理后的控制电压信号，调节溢流阀，此时进油口溢流阀不动，进油压力保持恒定，调整出油口背压即溢流阀的开口大小，改变马达两端压差，从而调整马达输出的扭矩，改变钢丝绳所受的张力值，完成控制。 牵引绞车具体执行操作时分为两种情况，一种是收钢丝绳，一种是放钢丝绳。收绳时，牵引马达进油口压力大于出油口压力，此时如果张力过大，则抬高背压，减小马达两端压差，降低输出扭矩，减小张力。如果张力小于要求值，则降低背压，增大马达两端压差，增大输出扭矩，张力上升。 当绞车放绳时，卷筒变成负载，阻碍主动释放滚轮的释放作用，此时卷筒马达相当于泵的作用，与收绳时刚好相反，出油口压力大于进油口压力。释放钢丝绳过程中如果张力过大，则牵引马达出油口背压降低，减小压差，负载减小，张力减小;如果张力小于要求值，则卷筒马达出油口压力升高，增大压差，负载增加，张力增加。
4 速度控制原理 在张力控制系统中，比例方向阀起到流量阀的作用，用来控制卷筒初始转速的提升。速度控制是通过调整比例方向阀开口来实现的。由工控机发出指令设定卷筒初始速度，通过D/A转换发出模拟电压信号，经过放大输出电流驱动比例方向阀运动，输出要求的流量，驱动牵引马达转动，安装在马达上的转速传感器将速度信号反馈回到工控机。工控机将要求转速与实际值的差值进行比较处理，通过PID控制算法调整输出调整后的电压控制信号，调整方向阀开口大小，改变马达流量，从而调整马达转速，完成闭环控制。 除了牵引马达张力和转速要控制外，为了将钢丝绳均匀地卷绕在卷筒上，还要控制排缆马达的转速，即排绳轮的速度和位移。排绳轮在滚珠丝杠上随丝杠的移动而移动。通过检测牵引马达的转速，可以确定排绳马达所需的转速，即卷筒每转一圈，排绳轮移动钢丝绳直径的距离，根据此关系，工控机通过检测牵引马达转速与圈数，调整比例方向阀控制排绳马达转速，排绳马达转速传感器再将脉冲数反馈给工控机，工控机比较要求位移，转速与实际值的差值，进行补偿运算，输出调整信号控制排绳马达转速，即完成对排绳轮速度，位移的闭环控制。 为了保证安全，在滚动丝杠两端各有两个位置检测开关，一个为接触式，一个为磁感应式，防止因某一个失效而使排绳轮冲过终点，终排绳失效，损害设备，如图3所示。
图3 排绳机构示意图
5 结 论 钢丝绳绞车张力，收放钢丝绳速度控制是许多工业生产过程控制中的一个重要组成环节，对提高钢丝绳绞车质量，增强系统控制安全等方面也起着至关重要的作用。对张力控制理论分析对今后的电液比例/伺服张力控制系统的设计及研究具有指导意义。
