4.1 松紧架的利与弊
印染设备上的传动辊特别多，其中少数辊子通过电机拖动，称其为主动辊;大多数辊子通过绕在其上的织物拉动，称其为被动辊。如果一个主动辊拖动的被动辊多，则织物张力的均匀性差。主动辊处的张力最大，最后一个被动辊处的张力最小。反之，如果一个主动辊拖动的被动辊少，则织物张力的均匀性好，主动辊与最后一个被动辊之间的张力差小。一般说来，主动辊与主动辊之间需要松紧架、张力传感器、速度传感器加以同步。工艺要求提高张力的均匀性，这就要求主动辊多、拖动电机多，从而松紧架多。这样作的弊端是增加了设备的复杂性和故障率，给操作和维护工作带来困难。

现在的趋势是对织物加工过程中的张力均匀性提出了越来越高的要求。为了满足这个要求，新设备设计中增加了主动辊的数量，从而也增加了拖动电机的数量。但需要想办法不增加甚至减少松紧架的数量。

4.2 减少和取消松紧架的方法
变频器在印染设备上的使用已经是一项成熟的技术。变频器的功能越来越完善，能做的事情越来越多。一些原来很难完成的工作，借助于变频器可以很容易实现。比如无速度传感器矢量控制变频器可以工作在速度模式也可以工作在转矩模式，可以检测和输出电机的速度、线速度、转矩、电压和电流等运行参数。借助于这些功能，有可能构建出一些减少和取消松紧架的同步调速方法。

(1) 大小电机法
一个单元用二台电机拖动，一台电机的功率大，另一台电机的功率小。小电机可以提供一定的辅助驱动转矩，以改善张力的均匀性，但不足以单独将设备驱动;大电机的功率足以将该单元驱动，决定了该单元的速度。小电机的变频器工作在转矩模式，大电机的变频器工作在速度模式。二台电机间不设松紧架。

举例:印染前处理的水洗单元，传统的做法使用一台电机驱动，现在改为二台电机驱动，以改善张力的均匀性。第一台电机功率7.5kW，工作在矢量控制速度模式;第二台电机0.75kW，工作在矢量控制转矩模式。二台电机间不需要松紧架，同步不成问题。

(2) 直接速度同步系统
一般各单元都设计成转速负反馈，使各单元机的线速度尽量不受负载波动等因素的影响。这样，只要在联合机运行前，事先将各单元机的线速度调整相等(考虑到织物的伸长，实际应为一定的比例关系)，即可实现同步运行。

举例:直辊丝光机的直辊部分使用带速度反馈的交流变频异步电机直接速度同步系统, 四台电机的线速度依次递增一个小的百分数(可调), 实现一定的张力, 不需松紧架同步运行。
(3) 软机械特性法
如果几个单元的功能和结构相似，每个单元有一台电机和一台变频器驱动，可以考虑利用矢量控制变频器的转矩输出构造异步电机的软机械特性，从而电机间不需要松紧架而能保持良好的同步(详见图2)。有跑快倾向的因负载加重而快不起来，有跑慢倾向的因负载变轻而慢不下来，最终维持速度一致。因为软机械特性不是用串电阻的方法获得，而是用转矩负反馈构造，使得效率比较高。

举例:直辊丝光机的直辊部分有四台电机驱动，它们的功能和结构相同。可以采用软机械特性法实现电机间的同步，无需设松紧架。四部分的线速度可以设定的不一样，以实现加工所要求的织物张力的调节。

5 交流电机伺服控制在卷绕中的应用
在纺织印染设备中卷绕是较为常用的传动系统, 主要传动方式分为液压传动、直流传动、交流变频传动和交流伺服系统等。其中交流伺服系统的卷绕性能最好, 但价位也最高。

恒张力卷绕有两种方式:压布辊磨檫传动和卷布辊中心传动。第一种方式由于传动不受卷布辊直径影响, 情况较为简单, 与一般的传动没有多大的差别。第二种方式因受卷布辊直径的影响, 传动角速度是变量, 并随直径的增大转速变慢。

如果采用普通的交流变频传动，需要检测卷布辊的直径D，然后根据式(1)计算卷布辊转速n，再根据计算的转速控制变频器的频率，与普通的变频调速没有什么两样。
n=V/(πD) (1)
式(1)中: V为线速度; D为需要检测卷布辊的直径; n为卷布辊转速。

高性能的有速度传感器矢量控制变频器的性能已经可以算做是交流伺服控制，它有速度运行模式和转矩运行模式两种工作方式。当工作在转矩运行模式时，能根据转矩给定运行，而转速浮动。多数情况下，要求加工过程中保持张力恒定。但是，有的应用要求卷绕过程中内紧外松，既要求实现变张力控制，随着卷径的增大，张力逐渐变小。恒张力常常和恒线速度相关，恒线速度则要求电机的转速与卷径成反比。对张力的控制可以采用开环的方法，也可以采用闭环的方法。有些电动机(如力矩电机等)本身具有软机械特性，用它们来驱动卷绕机构，可以获得近似恒张力运行;卷径的变化可以看着是一种扰动，用扰动补偿调节，可以实现间接法张力控制，也是一种近似的恒张力控制。最直接最有效的方法是利用张力传感器实现张力的闭环调节，也称直接法张力控制。印染联合机中常用的松紧架也可以看作是一种张力检测环节。只是这种装置体积大、精度差，没有张力显示，使用不便。

卷径在卷绕系统中是一个必不可少的参数，一般需要用某种检测装置来获取。卷绕张力是卷径的函数，需要通过计算来获得。

5.1 速度控制与转矩控制
速度控制与转矩控制是伺服控制器的两种控制模式。速度控制模式已为大家所熟知，给定的是速度，反馈的也是速度，对速度形成闭环控制，保证速度为设定值，转矩则随负载而定。转矩控制模式，给定的是转矩，伺服控制变频器计算出实际的转矩，如果实际转矩低于设定转矩，则升速，反之，则减速，速度是浮动的。转矩控制模式非常适合于卷绕驱动。在卷绕驱动中，给定的是张力, 线速度恒定, 转速随卷径的增大而降低，转矩模式正好能满足这个要求。张力与半径的乘积就是转矩，作为转矩模式的给定，其转速正好浮动到所要求的线速度，无须线速度控制。如果不用专门的检测装置，变频器能够自己计算出卷径，问题可以进一步简化。显然，将伺服控制变频器的转矩控制模式用于卷绕驱动可以大大简化控制系统。

5.2 具有内部卷径计算的伺服控制变频器卷绕驱动
如上所述，如果伺服控制变频器具有卷径计算功能，那么由外部张力给定就能算出转矩给定，使用转矩控制模式将变得很方便。

图3示出了一个二变频器卷绕系统。伺服控制变频器1将系统的运行线速度传给伺服控制变频器2，伺服控制变频器2接受外部输入的张力给定和张力传感器输入的张力反馈信息构成张力闭环控制，伺服控制变频器2具有内部卷径计算功能并工作在转矩控制模式。伺服控制变频器2驱动异步电机以所要求的张力卷绕并自动将其速度浮动到运行线速度。

下面以LENZE-9300系列伺服控制变频器为例，说明卷径的计算方法。LENZE-9300系列伺服控制变频器内部有五十多种功能块，能完成诸如加减乘除和一系列的变换功能, 也能完成PID闭环调节。根据式(2)可计算出卷径。

D=k×v/ω=k×∫vdt/∫ωdt (2)
式(2)中: v为外部输入的线速度值; ω为变频器知道的角速度值; k为由实验确定的常数。
功能块的使用可以通过对一系列的代码进行设定完成。图4示出了一个由功能块组成的卷径计算框图。

5.3 应用实例
图5示出了一个湿法毡生产线的卷绕系统框图。这里总共使用了三台LENZE-9300系列伺服控制变频器，驱动三台带有旋转变压器的变频专用异步电动机。其中，拖辊伺服控制变频器工作在速度模式，它的主速度给定(1/2端)来自PLC的模拟量输出，辅助速度给定(3/4端)来自于松紧架信号，以此和前部保持同步;卷轴1和卷轴2伺服控制变频器工作在转矩模式，具有内部卷径计算功能，能对通过CAN总线由PLC发送来的张力给定信息和由张力传感器送来的实际张力信息进行闭环控制。无须对卷轴1和卷轴2实行专门的速度控制，它们能够自动的将其线速度浮动到需要的数值。卷轴1和卷轴2交替工作，实现连续的卷绕，由LENZE-8215变频器(图中没有画出)驱动的换轴电机完成换轴功能。CAN总线还将伺服控制变频器计算出的卷径信息发送到PLC，由PLC据此完成张力给定的计算。卷绕部分对卷轴的要求是内紧外松，这就要求初始张力大，随着卷径的变大，张力按照某种规律逐渐变小。

6 结束语
现在的纺织印染设备使用了大量的高新技术, 变频器、工控机、现场总线、各种传感器、计算机网络等在纺织印染设备上已经普遍使用, 纺织机械在向数字化方向发展。虽然行业是劳动力密集型的, 但设备是技术密集型的。这种变化还在继续中, 总有一天, 会甩掉劳动力密集型的行业帽子。

参考文献
[1> 陈振翼. 张力控制系统[M>. 北京:纺织工业出版社,1988.
[2> LENZE.9300 Servo Controller Manual Book[Z>.
[3> 丁学文. 印染设备无松紧架无张力传感器多电机同步调速系统[J>. 纺织机械,2002,(4).
[4> 丁学文. 交流电机变频调速在L型练漂机上的应用[J>. 电气自动化,1995,(4).