阅读说明：本技术 一种张力计算系统及其应用方法 (Tension calculation system and application method thereof ) 是由 杨正波 杨小东 董雷 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种张力计算系统及其应用方法,包括由变频器驱动的放纸单元、由变频器驱动的接纸单元,以及对纸张传送并改变输送方向的送纸单元,送纸单元设置在放纸单元与接纸单元之间；放纸单元和接纸单元的动力轴上分别设有用于检测变频器转速的转速传感器；送纸单元的每个张力辊上设有用于测量纸张移动速度的测速开关；转速传感器和测速开关均连接有控制系统；本方案可实现对护面纸输送张力的实时监测,便于调控纸张输送张力,将护面纸在传输过程中的张力有效的控制在合理范围内,从而有效的避免护面纸在传输过程中断裂。(The embodiment of the invention discloses a tension calculation system and an application method thereof, wherein the tension calculation system comprises a paper placing unit driven by a frequency converter, a paper receiving unit driven by the frequency converter, and a paper feeding unit for conveying paper and changing the conveying direction, wherein the paper feeding unit is arranged between the paper placing unit and the paper receiving unit; the power shafts of the paper placing unit and the paper receiving unit are respectively provided with a rotating speed sensor for detecting the rotating speed of the frequency converter; each tension roller of the paper feeding unit is provided with a speed measuring switch for measuring the moving speed of the paper; the rotating speed sensor and the speed measuring switch are both connected with a control system; this scheme can realize carrying tensile real-time supervision to the mask paper, is convenient for regulate and control paper and carries tension, with the effectual control of mask paper in the tension of transmission in reasonable within range to effectually avoid the mask paper fracture in transmission course.)

一种张力计算系统及其应用方法

技术领域

本发明实施例涉及石膏板生产技术领域，具体涉及一种张力计算系统及其应用方法。

背景技术

在为石膏板生产供给护面纸的供纸机上，接纸机接受经过处理后的护面纸过程中，为了保证护面纸在传输过程中的张力不超过设定值，需要定时对传输中的护面纸检测张力大小，现有的张力检测大多直接有张力传感器的直接信号监控，因为护面纸在传送的过程中受到气流，纸张抖动等影响，张力传感器的监测数据波动比较大，很难实现精准测量，虽然通过信号滤波等手段可以处理部分干扰信号，但是波动瞬间的真实值有时候也会受到平直，导致张力监测不稳定。

因此为了稳定准确的计算护面纸在传输过程中的张力值，亟需要一种计算简单，准确率高，不受纸张波动或者气流影响的张力计算系统。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种张力计算系统及其应用方法，采用将输送速度转换为通过每个张力辊的张力变化，通过实时测量张力辊的输送速度，因此可实现对护面纸输送张力的实时监测，以解决现有技术中利用张力传感器的影响因素多，计算不准确的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：一种张力计算系统，包括由变频器驱动的放纸单元、由变频器驱动的接纸单元，以及对纸张传送并改变输送方向的送纸单元，所述送纸单元设置在放纸单元与接纸单元之间；

所述放纸单元和接纸单元的动力轴上分别设有用于检测变频器转速的转速传感器；

所述送纸单元由若干个无动力来源且顺次排布的张力辊组成，所述张力辊在纸张输送收卷动力的带动下同步转动，所述送纸单元的每个张力辊上设有用于测量纸张移动速度的测速开关；

所述转速传感器和测速开关均连接有控制系统。

作为本发明的一种优选方案，所述放纸单元和接纸单元的变频器分别连接有制动电阻，所述制动电阻用于对变频器减速处理。

作为本发明的一种优选方案，所述测速开关和转速传感器连接在控制系统的输入端，所述制动电阻连接在控制系统的输出端，所述测速开关将每个所述张力辊对应的纸张移动速度传输至控制系统，所述转速传感器将所述放纸单元和所述接纸单元的当前转速传输到控制系统，所述控制系统将每个所述张力辊对应的纸张移动速度换算成每个所述张力辊传输的纸张张力，并且所述控制系统根据每个张力辊传输的纸张张力控制所述制动电阻的工作，改变所述放纸单元和接纸单元的转速。

另外，本发明还提供了一种张力计算系统的应用方法，包括如下步骤：

步骤100、转速传感器实时监测放纸单元动力轴的转速，以及接纸单元动力轴的转速，同时测速开关实时监测每个张力辊的纸张移动速度；

步骤200、将每个张力辊的纸张移动速度换算为每个张力辊对应检测的纸张张力；

步骤300、定时采集所有张力辊的纸张张力，统计每个张力辊检测的纸张张力数据随着放纸单元输送的变化规律；

步骤400、将每个张力辊的张力数据与纸张所能承受的最大张力对比，调整送纸单元和接纸单元的转速。

作为本发明的一种优选方案，在步骤100中，所述送纸单元的每个张力辊随着纸张输送收卷动作同步旋转，所述送纸单元的张力辊上的测速开关检测张力辊的速度，根据张力辊的速度即可测量纸张的传输移动速度，所述测速开关测量每个张力辊的纸张移动速度的具体步骤为：

测速开关定时触发转速传感器检测每个张力辊的转速；

根据每个张力辊的转速和每个张力辊的辊径，将张力辊的转动速度转化为每个张力辊输送的纸张速度；

设定测量时间，计算在测量时间内的每个张力辊传输的纸张长度。

作为本发明的一种优选方案，在步骤300中，统计纸张张力数据变化规律的第一种方法是对所有张力辊的张力数据均值处理，统计输送护面纸过程中，整体张力辊的张力变化之间的关系；第二种方法是统计输送护面纸过程中，单个张力辊的张力变化之间的关系。

作为本发明的一种优选方案，在步骤300中，所述送纸单元的每个张力辊的张力大小与接纸单元的速度有关，统计单个张力辊的张力变化的具体步骤为：

定时触发测速开关，计算每个张力辊的张力数据。

同步测量放纸单元的纸卷厚度，建立放纸单元的纸卷厚度与张力数据之间的函数关系；

在二维坐标系内通过线性拟合确定每个张力辊的张力变化曲线。

作为本发明的一种优选方案，在步骤300中，对所有张力辊的张力数据均值处理，统计统计输送护面纸过程中，整体张力辊的张力变化之间的关系，统一判断整体张力辊输送纸张时的张力变化的具体步骤为：

等时间间隔的触发测速开关，计算每个张力辊的张力数据；

在每次采集的纸张移动速度数据中，除去张力数据的最大值和最小值，抽取若干个对应每个张力辊的稳定张力数据；

同步测量放纸单元的纸卷厚度，建立放纸单元的纸卷厚度与所有张力辊的稳定张力数据之间的函数关系；

在二维坐标系内通过线性拟合确定整体张力辊的张力变化曲线。

作为本发明的一种优选方案，在步骤400中，根据每个张力辊的张力变化曲线，推断纸张所能承受的最大张力与接纸单元转速之间的关系，自动控制所述放纸单元或接纸单元的制动电阻工作，降速或者加快放纸接纸工作。

作为本发明的一种优选方案，所述放纸单元和接纸单元在调整转速时，所述控制系统对接收的数据处理操作为：

记录接纸单元改变转速的时间点，即对应制动电阻工作的时间点，接纸单元的转速开始改变；

记录接纸单元的转速稳定的时间点，统计接纸单元转速改变至接纸单元的转速稳定期间的时间段内的张力改变；

剔除接纸单元转速改变至接纸单元的转速稳定的期间内的张力计算值。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明将输送速度转换为通过每个张力辊的张力变化，当由于输送速度可以实时测量，因此可实现对护面纸输送张力的实时监测，便于调控纸张输送张力，将护面纸在传输过程中的张力有效的控制在合理范围内，从而有效的避免护面纸在传输过程中断裂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中的张力计算系统的结构框图；

图2为本发明实施方式中的张力应用方法的流程示意图。

图中：1-变频器；2-放纸单元；3-接纸单元；4-送纸单元；5-转速传感器；6-测速开关；7-控制系统；8-制动电阻。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种张力计算系统，在纸面石膏板的生产过程中，大多在送纸单元的张力辊上安装张力传感器，利用张力传感器检测收卷和放卷过程中的张力变化，但是由于纸面石膏板的护面纸在传输过程中容易发生跳动，导致张力传感器的检测不稳定，无法实时监测护面纸的张力变化，无法准确避免护面纸在传输过程中断裂。

为了解决上述问题，本发明在送纸单元的张力辊上安装测速开关，定时通过测速开关检测护面纸的输送速度，并将输送速度转换为通过每个张力辊的张力变化，当由于输送速度可以实时测量，因此可实现对护面纸输送张力的实时监测，便于调控纸张输送张力，将护面纸在传输过程中的张力有效的控制在合理范围内，从而有效的避免护面纸在传输过程中断裂。

具体包括由变频器1驱动的放纸单元2、由变频器1驱动的接纸单元3，以及对纸张传送并改变输送方向的送纸单元4，所述送纸单元4设置在放纸单元2与接纸单元3之间。

放纸单元2上安装有初始的护面纸卷，初始护面纸卷在变频器的电动下释放，经过送纸单元4传送并改变输送方向，经过其他的护面纸处理，例如切割等操作后，在接纸单元3上重新收卷。

放纸单元2和接纸单元3的动力轴上分别设有用于检测变频器1转速的转速传感器5，放纸单元2和接纸单元3的变频器1分别连接有制动电阻 8，所述制动电阻8用于对变频器1减速处理，制动电阻8是波纹电阻的一种，主要用于变频器控制电机快速停车的机械系统中，帮助电机将其因快速停车所产生的再生电能转化为热能。

当调整放纸单元2或者接纸单元3降速时，变频器1在工作频率下降过程中，将处于再生制动状态，拖动系统的动能要反馈到直流电路中，使直流电压UD不断上升，甚至可能达到危险的地步。因此，必须将再生到直流电路的能量消耗掉，使UD保持在允许范围内，制动电阻8就是用来消耗这部分能量的，从而实现放纸单元2或接纸单元3的快速降速。

送纸单元4由若干个无动力来源且顺次排布的张力辊组成，所述张力辊在纸张输送收卷动力的带动下同步转动，所述送纸单元4的每个张力辊上设有用于测量纸张移动速度的测速开关6。

所述转速传感器5和测速开关6均连接有控制系统7。测速开关6和转速传感器5连接在控制系统7的输入端，所述制动电阻8连接在控制系统7 的输出端，所述测速开关6将每个所述张力辊对应的纸张移动速度传输至控制系统7，所述转速传感器5将所述放纸单元2和所述接纸单元3的当前转速传输到控制系统7，所述控制系统7将每个所述张力辊对应的纸张移动速度换算成每个所述张力辊传输的纸张张力，并且所述控制系统7根据每个张力辊传输的纸张张力控制所述制动电阻8的工作，改变所述放纸单元2和接纸单元3的转速。

实施例2

为了补充说明上述计算系统的工作方式，如图2所示，本发明还提供了一种张力计算系统的应用方法，包括如下步骤：

步骤100、转速传感器实时监测放纸单元动力轴的转速，以及接纸单元动力轴的转速，同时测速开关实时监测每个张力辊的纸张移动速度。

送纸单元的每个张力辊随着纸张输送收卷动作同步旋转，所述送纸单元的张力辊上的测速开关检测张力辊的速度，根据张力辊的速度即可测量纸张的传输移动速度，进而即可换算成每个张力辊传输的纸张张力大小。

测速开关测量每个张力辊的纸张移动速度的具体步骤为：

测速开关定时触发转速传感器检测每个张力辊的转速，转速的单位为r/s；

根据每个张力辊的转速和每个张力辊的辊径，将张力辊的转动速度转化为每个张力辊输送的纸张速度，根据辊径即可计算每个张力辊一转对应的周长，进而转化为张力辊旋转一周对应输送的纸张速度；

设定测量时间，计算在测量时间内的每个张力辊传输的纸张长度，计算纸张长度，方便下一操作的护面纸处理步骤。

一般来说，为了保证放纸单元的输送的护面纸长度能及时的被接纸单元收卷，保证护面纸表面的张力稳定，放纸单元的线速度与接纸单元的线速度近似相同。

步骤200、采集多组每个张力辊的纸张移动速度和每个张力辊的标准张力，得到纸张移动速度与纸张张力之间的数学模型逻辑关系，将纸张移动速度换算为每个张力辊对应检测的纸张张力。

每个张力辊的纸张移动速度采集准确度高，并且采集纸张移动速度不受气流、纸张抖动等影响，因此将纸张移动速度换算为纸张张力的准确度高，保证数据采集的准确性，进而实现张力自动准确调控的功能。

步骤300、定时采集所有张力辊的纸张张力，统计每个张力辊检测的纸张张力随着放纸单元输送的变化规律。

随着放纸单元的纸卷输送，纸卷的卷径越来越小，而相对的接纸单元的纸卷卷径越来越大，因此为了保证放纸单元和接纸单元的线速度保持相同，在输送纸张的过程中，为了及时检测每个张力辊上输送的护面纸张力，避免护面纸张力过大或者过小而影响护面纸的正常输送，保持护面纸张力的稳定性，需要不断的调整放纸单元和接纸单元的转速，保证两者的线速度近似相同。

为了解决上述问题，需要定时采集每个张力辊上的输送护面纸张力，并且预测下一输送阶段的护面纸张力，避免护面纸张力过大或者过小而影响护面纸的传输。

因此本发明分为了两个研究方向，第一种是对所有张力辊的张力数据均值处理，统计输送护面纸过程中，整体张力辊的张力变化之间的关系；第二种是统计输送护面纸过程中，单个张力辊的张力变化之间的关系。

对于第一种，对所有张力辊的张力数据均值处理，统计统计输送护面纸过程中，整体张力辊的张力变化之间的关系，统一判断整体张力辊输送纸张时的张力变化的具体步骤为：

(1)等时间间隔的触发测速开关，计算每个张力辊的张力数据；

(2)在每次采集的纸张移动速度数据中，除去张力数据的最大值和最小值，抽取若干个对应每个张力辊的稳定张力数据；

(3)同步测量放纸单元的纸卷厚度，建立放纸单元的纸卷厚度与所有张力辊的稳定张力数据之间的函数关系；

(4)在二维坐标系内通过线性拟合确定整体张力辊的张力变化曲线。

在得到整体张力辊的张力变化曲线后，按照当前放纸单元和接纸单元的转速条件下，可整体预测放纸输送过程中的张力变化，从而将张力的变化值与标准张力实时对比，调整放纸单元和接纸单元的转速，保证放纸单元和接纸单元之间的张力辊输送护面纸张力略小于标准张力值，确保护面纸在传输过程中不会发生断裂。

对于第二种，在输送护面纸过程中，统计单个张力辊的张力变化的具体步骤为：

(1)定时触发测速开关，计算每个张力辊的张力数据。

在计算每个张力辊的张力时，在定时采集的纸张移动速度数据中，除去张力数据的误差大值和误差小值，保证每个张力辊的张力数据的有效稳定性。

(2)同步测量放纸单元的纸卷厚度，建立放纸单元的纸卷厚度与张力数据之间的函数关系；

(3)在二维坐标系内通过线性拟合确定每个张力辊的张力变化曲线。

在得到每个张力辊的张力变化曲线后，将所有张力辊的张力变化曲线集中到一个二维坐标系内，可对比每个张力辊在放纸输送过程中的张力变化，同时在张力辊的张力变化曲线内增加护面纸输送的标准张力，根据张力变化曲线与标准张力之间的关系，调整放纸单元和接纸单元的转速，保证放纸单元和接纸单元之间的张力辊输送护面纸张力略小于标准张力值。

本发明分别建立整体张力辊的平均张力变化曲线，和单个张力辊的单独张力变化曲线，通过计算张力的平均值，能够减少误差，从而使实验结果更接近理论值。而单独对比单个张力辊的张力变化曲线，可避免单个张力辊的瞬间张力值达到标准张力，有效调整放纸单元和接纸单元的传动速度，可避免张力过大产生断裂的情况。

假如放纸单元和接纸单元在当前的转速条件下，张力辊监测的张力逐渐变大时，需要改变放纸单元或者接纸单元的转速，在改变转速的过程中，每个张力辊检测的张力变化范围大，因此在调整放纸单元或者接纸单元的转速中，为了避免调整过程中的张力数据影响数据分析，则控制系统对接收的数据处理操作为：

1)记录接纸单元改变转速的时间点，即对应制动电阻工作的时间点，接纸单元的转速开始改变；

2)记录接纸单元的转速稳定的时间点，统计接纸单元转速改变至接纸单元的转速稳定期间的时间段内的张力改变；

3)剔除接纸单元转速改变至接纸单元的转速稳定的期间内的张力计算值。

步骤400、将每个张力辊的张力数据与纸张所能承受的最大张力对比，调整送纸单元和接纸单元的转速。

根据每个张力辊的张力变化曲线，推断纸张所能承受的最大张力与接纸单元转速之间的关系，自动控制所述放纸单元或接纸单元的制动电阻工作，降速或者加快放纸接纸工作。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。