张力控制核心技术：PID负特性在放卷设备中的工程原理

发布时间：2025年8月15日 分类：行业资讯 浏览量：86

放卷工艺的张力控制挑战

在卷材加工行业（如造纸、薄膜生产、金属带材处理），放卷设备的张力控制直接决定产品质量。传统控制方式面临三大核心难题：

  • 卷径变化导致张力波动（最大可达300%）
  • 启停阶段惯性冲击造成材料拉伸变形
  • 不同材质需要差异化的张力响应特性

英威腾GD10系列通过PID负特性调节（P09.03参数），为放卷设备提供精准的张力控制解决方案，将张力波动控制在±1.5%以内。

PID负特性的控制原理

根据功能码P09.03的定义：

PID输出特性选择：
0：正特性（收卷模式）
1：负特性（放卷模式）

负特性的核心机制：当检测到实际张力（反馈值）大于设定张力（给定值）时，变频器自动增加输出频率，加快放卷速度使张力回归设定值。这种"反馈增加→加速放卷"的负向调节模式完美匹配放卷工艺需求。

动态调节方程：

Δf = Kp×e + Ki∫e dt + Kd×(de/dt)
其中：e = (实际张力 - 设定张力)

在负特性模式下，误差值e增大时，输出频率Δf正向增大，形成负反馈闭环。

放卷系统参数配置方案

基础参数设置

  • P09.03=1：启用PID负特性
  • P09.00=1/2：选择张力反馈源（模拟量AI1/AI2）
  • P09.01：设定基准张力值（0.0-100.0%）

PID参数整定规范

参数 薄膜材料 纸张 金属箔
P09.04比例增益 0.8-1.2 1.5-2.0 0.3-0.5
P09.05积分时间(s) 0.05-0.1 0.1-0.2 0.3-0.5
P09.08偏差极限(%) 1.0 2.0 0.5

系统集成关键技术

反馈信号处理

  1. 张力传感器信号接入AI2端子
  2. 配置P05.39=10.00V（满量程）
  3. 设置P05.40=100.0%（对应满量程张力）
  4. 启用P09.11断线检测（保护值设5%）

卷径自适应补偿

  • 通过P08.25/P08.26计数值计算实时卷径
  • 动态修正P09.01给定值：Dnew = Dset×(Dmax/Dcurrent)
  • 卷径变化率超过10%/min时激活P09.06微分补偿

典型故障处理方案

振荡问题排查

  • 低频振荡：降低P09.04增益，增加P09.05积分时间
  • 高速振荡：启用P09.06微分控制（设0.02-0.05s）
  • 启停振荡：配置P01.09停机制动频率（5-10Hz）

张力超差处理

  1. 检查P09.11反馈断线检测值（建议≤10%）
  2. 验证P05.41滤波时间（薄膜材料设0.1s，金属箔设0.01s）
  3. 调整P09.10输出下限（防止过松）

前沿应用：智能锥度控制

在精密分切设备中结合多段速实现智能锥度控制：

  • 初始阶段：PID负特性 + 90%基准张力
  • 中间阶段：线性降低张力至70%
  • 末卷阶段：
    • 激活P10.20多段速9（55%张力）
    • 启用P01.12停机直流制动（电流设80%）

此方案可消除材料内应力，提升分切端面质量等级。