3. 张力控制系统组成

收放卷张力控制系统并不是单一器件在工作，而是一条从“材料”到“信号”再到“执行”的闭环链路。理解这条链路的关键，是分清每个部件的角色：谁提供张力、谁测量张力、谁调节张力、谁决定调节量。放卷轴与收卷轴是卷径不断变化的两个端点，牵引辊是速度基准与张力隔离点，张力检测器是系统的“眼睛”，执行器是系统的“手”，控制器则是系统的“大脑”。只有六者按正确关系连接，张力才能稳定。

一、六大部件的核心作用

放卷轴：承载未加工卷材，通过放卷电机或磁粉制动器输出反向阻力矩，使材料在进入牵引辊前建立初始张力。随着放卷卷径减小，同样张力所需的制动力矩必须同步减小，否则张力会随卷径变化而漂移。

收卷轴：承载成品卷材，通过收卷电机输出正向牵引力矩，把材料卷紧。收卷卷径不断增大，若力矩不随卷径增大而增大，收卷张力会逐渐变小，导致卷材松垮、跑偏或起皱。

牵引辊：通常由伺服电机或变频电机驱动，是整条产线的速度基准。它把放卷段与收卷段在速度上“隔开”，使两侧张力可以独立调节。牵引辊的线速度决定了材料通过量，也决定了张力控制器的前馈速度信号。

张力检测器：常见形式有张力传感器（称重式）、浮动辊（跳舞辊）和张力计。它把材料张力转换为电信号（如 0～10V、4～20mA 或数字量），反馈给控制器。检测器的安装位置决定了它测量的是放卷张力、收卷张力还是中间段张力。

执行器：包括磁粉制动器/离合器、伺服电机、气动制动器、变频电机等。它接收控制器输出的控制量（电流、转矩指令或速度补偿量），实际改变放卷或收卷的阻力矩/牵引力矩，从而改变张力。

控制器：接收张力检测器的反馈信号和牵引辊的速度信号，按设定张力进行 PID 或前馈+反馈运算，输出控制量给执行器。控制器还负责卷径计算、锥度张力设定、断料检测和报警逻辑。

二、连接关系与信号流

从连接关系看，系统可分为“材料路径”和“信号路径”两条主线。材料路径是：放卷轴 → 张力检测器（放卷段）→ 牵引辊 → 张力检测器（收卷段）→ 收卷轴。信号路径则是：张力检测器 → 控制器 → 执行器 → 放卷轴/收卷轴，同时牵引辊速度信号作为前馈量送入控制器。两条路径在控制器处交汇，形成闭环。

图中蓝色实线表示材料实际走向，青色虚线表示张力反馈信号，绿色虚线表示牵引辊速度前馈，橙色线表示控制器到执行器的控制量。可以看到，放卷段和收卷段各自拥有独立的检测器与执行器，但共用同一个控制器和牵引辊速度基准，这是典型的多段张力协调结构。

三、典型场景：放卷段张力建立过程

以一台凹印机放卷段为例，设定张力为 120N，放卷卷径从 800mm 逐渐减小到 200mm。系统上电后，控制器先读取牵引辊线速度，计算出当前材料线速度，再结合设定张力与检测器反馈的偏差，输出初始制动电流。随着卷径减小，控制器通过卷径计算模块不断修正输出：

设定张力 F_set = 120 N
当前卷径 D = 800 → 200 mm
放卷制动力矩 M = F_set × D / 2
D=800mm 时：M = 120 × 0.4 = 48 N·m
D=200mm 时：M = 120 × 0.1 = 12 N·m
控制器输出电流 I ≈ M / Kt（Kt 为制动器转矩常数）

如果控制器没有卷径计算，只按固定电流输出，那么卷径减小时张力会成比例下降，材料就会松垮。这正是放卷轴、检测器、执行器、控制器四者必须闭环连接的原因。

四、常见误区与复盘要点

五、部件关系速查表

把这六个部件的关系记成一句话：放卷轴和收卷轴是张力的“发生地”，牵引辊是速度的“基准尺”，张力检测器是“测量眼”，执行器是“调节手”，控制器是“决策脑”。材料从放卷轴出发，经过检测器、牵引辊、检测器，到达收卷轴；信号则从检测器回到控制器，再由控制器驱动执行器去改变两个轴。两条路径闭合，张力才能被稳定控制。