Управление наматыванием и сматыванием материала при косвенном и непосредственном контроле натяжения

В машинах и механизмах, предназначенных для перематывания полосовых материалов (листовой металл, бумага, различные пленки и т.п.), необходимо регулировать усилие в полосе, т.е. натяжение. В большинстве случаев точность поддержания натяжения (или регулирования его по заданному закону) влияет на качество продукта.
На рис. показана кинематическая схема намоточного устройства. Узел 1 представляет собой валки последней клети стана холодной прокатки, последнюю секцию бумагоделательной машины или другой узел механизма, из которого полоса 2 выходит с постоянной скоростью. На намоточном устройстве она наматывается в рулон 3. Валки узла 1 и рулон приводятся во вращение электродвигателями, оборудованными собственными автоматическими системами управления. Система управления электроприводом валков узла 1 осуществляет обычно стабилизацию скорости. Задачей электропривода намоточного устройства является регулирование или поддержание натяжения. Если производится разматывание рулона, полоса движется в направлении, противоположном показанному на рис. двигатель намоточного устройства работает в режиме торможения.
Поскольку момент, развиваемый двигателем намоточного устройства, прикладывается к валу, на который наматывается полоса, скорость двигателя Ml, которая должна обеспечиваться в каждый данный момент времени, определяется скоростью движения полосы v и текущим значением радиуса рулона гр. В ряде механизмов, обычно когда устройство работает только в режиме намотки, момент двигателя прикладывается к несущему валу 4, на который опирается наматываемый рулон 3. В этом случае при изменении радиуса гр не требуется изменения скорости двигателя и при v = const задача системы управления электроприводом наматывающего устройства сводится к стабилизации скорости или момента.
ускорением и замедлением намоточного устройства при разгоне и торможении и изменением угловой скорости рулона, связанной с изменением его радиуса.
В зависимости от условий работы соотношения между этими моментами могут меняться. Полезный момент определяется значением усилия FUB ряде случаев значительно превышает значение момента потерь, что позволяет пренебречь влиянием последнего на работу системы. Момент Л/Деф тем меньше, чем тоньше перематываемая полоса металла; он практически равен 0 для материалов, имеющих малую жесткость, например для бумаги. Динамический момент будет рассмотрен ниже. В процессе наматывания полезный момент, т.е. при постоянном усилии натяжения (F= const) он прямо пропорционален радиусу рулона. Полезная мощность при постоянном натяжении полотна независимо от радиуса пропорциональна скорости полосы.
Следовательно, при данном значении v, диапазон регулирования скорости двигателя равен диапазону изменения радиуса рулона.
Различают два способа управления натяжением: по регулируемому параметру, когда натяжение измеряется с помощью измерителя натяжения, выходное напряжение которого на входе замкнутой системы сравнивается с заданным значением; по косвенно определенному значению натяжения, т.е. по одной из величин, меняющихся в функции F, или по их комбинации.
Системы с косвенным измерением натяжения широко распространены, хотя их недостатком является необходимость введения поправки для учета статических потерь (Мпт), а при перематывании толстой полосы — и момента, необходимого для изгиба полосы при наматывании и размотке (Маеф). Последняя составляющая поддается учету, а вот учет потерь вследствие их неопределенности и сложной зависимости от многих факторов часто затруднителен.
При работе с большими значениями натяжений потери составляют небольшую часть общей мощности и их изменение не заметно влияет на точность поддержания натяжения. При малых значениях натяжения роль потерь возрастает и погрешность от их неточного учета может оказаться значительной. С этой точки зрения наиболее перспективным является использование систем с прямым измерением натяжения.
Обычно даже натянутая полоса, проходящая между валками узла / и намоточным устройством, провисает под действием собственного веса. Изменение натяжения приводит к изменению положения полосы в пространстве, что позволяет использовать в качестве датчиков натяжения устройства, измеряющие отклонение положения полосы от заданного и преобразующие его в электрический сигнал.
Другим распространенным способом измерения натяжения является измерение давления на подшипники со стороны валика, который огибает натянутая полоса. Давление преобразуется в электрический сигнал, например, с помощью магнитоупругого датчика, принцип действия которого основан на изменении магнитных свойств сердечника из электротехнической стали под действием давления на сердечник.
Выражения могут служить основой для оценки возможностей построения системы с косвенным измерением натяжения. Если пренебречь разницей между моментом на валу двигателя и полезным моментом, считая, что влияние трех последних слагаемых в выражении ничтожно мало или будет скомпенсировано, а также пренебречь потерями вращения электродвигателя М1, то электромагнитный момент двигателя.
В результате сравнения этих выражений может быть сформулирован наиболее распространенный закон косвенного регулирования натяжения: при заданном постоянном натяжении надо поддерживать постоянным якорный ток, меняя поток возбуждения двигателя пропорционально радиусу рулона.
Другой способ косвенного регулирования натяжения состоит в регулировании полезной мощности, которая должна поддерживаться постоянной при данной скорости и натяжении и изменяться при изменении v или заданного натяжения. Для этого измеряют и регулируют электромагнитную мощность двигателя, воздействуя на напряжение преобразователя; эта мощность считается примерно равной полезной.
В ряде случаев для уменьшения значения мощности двигателя наматывающего устройства целесообразно применять комбинированное управление, когда при изменении радиуса рулона от минимального значения до 65... 80 % максимального скорость двигателя изменяется за счет воздействия на его магнитный поток при постоянном напряжении, а оставшаяся часть диапазона изменения радиуса рулона «покрывается» за счет изменения напряжения при постоянном магнитном потоке двигателя.
В зависимости от назначения механизма и характера технологического процесса разгон и торможение могут быть или не быть рабочими режимами. Например, на бумагоделательной машине заправка бумаги на наматывающее устройство производится на полной рабочей скорости и нет необходимости поддерживать натяжение постоянным в процессе изменения скорости в широких пределах. На других механизмах (например, на станах холодной прокатки, продольно-резательных станках для бумаги и др.) заправка полосы производится при неподвижном механизме или на низкой заправочной скорости.
В процессе разгона и торможения осуществляется перематывание полосы и должно поддерживаться заданное натяжение. В этом случае при разработке системы управления натяжением необходимо знать закон изменения динамического момента. Динамический момент на валу двигателя Ml.