涂布機(jī)張力的檢測(cè)與控制

龐少朋 韓武

在現(xiàn)代制造產(chǎn)業(yè)中，張力控制系統(tǒng)已經(jīng)成為包括涂布行業(yè)在內(nèi)的多個(gè)行業(yè)的共性基礎(chǔ)技術(shù)之一。尤其在包裝印刷等精密涂布行業(yè)，高精度張力控制系統(tǒng)已經(jīng)成為保證涂布效果的支撐性關(guān)鍵技術(shù)。

包裝印刷用涂布機(jī)主要由放料單元、儲(chǔ)料單元、涂布單元、復(fù)合單元以及收料單元等部分組成（如圖1所示）。其張力控制系統(tǒng)包括放料單元、放料儲(chǔ)料架、涂膠單元、收料儲(chǔ)料架和收料部。操作人員必須了解涂布機(jī)張力檢測(cè)的原理、清楚涂布過程中保持張力穩(wěn)定的方法，才能確保涂布過程的穩(wěn)定和精確。筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，以陜西北人高端涂布機(jī)Y299D為例，對(duì)涂布機(jī)張力檢測(cè)與控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，與同行共享。

涂布機(jī)的張力檢測(cè)

涂布機(jī)張力檢測(cè)機(jī)通過擺輥和電位器來實(shí)現(xiàn)張力的檢測(cè)，擺輥和電位器通過齒輪來連接。定義電位器各個(gè)端頭的線號(hào)分別為P+、U、P-和PG。其中，規(guī)定電位器P+和PG之間的電壓為+10V，P-和PG之間的電壓為-10V。當(dāng)張力設(shè)定值和張力反饋值相同時(shí)，U和PG之間的電壓為0V；當(dāng)張力值發(fā)生變化時(shí)，即擺輥發(fā)生擺動(dòng)，U和PG之間的電壓也會(huì)隨之變化，從而達(dá)到張力檢測(cè)的目的，有效控制張力穩(wěn)定。

放料單元的張力控制

涂布機(jī)一般設(shè)置兩個(gè)放料單元，Y299D中第一放料單元為被動(dòng)放料。被動(dòng)放料系統(tǒng)由磁粉、張力控制器和張力檢測(cè)傳感器構(gòu)成。第一放料單元的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，從放料單元到放料儲(chǔ)料單元，張力可始終保持穩(wěn)定。

第二放料單元為主動(dòng)放料。在放料過程中，由于放卷卷徑不斷減小，所以放料擺輥會(huì)不斷參與張力的控制，這一過程主要由PLC和PID控制器來實(shí)現(xiàn)。其中，PLC控制器可計(jì)算放卷卷徑，并控制相應(yīng)的電機(jī)不斷加速，以保持張力穩(wěn)定；PID控制器則在放料擺輥位置發(fā)生偏移時(shí)，根據(jù)采集的偏差信號(hào)，通過計(jì)算實(shí)現(xiàn)放料電機(jī)轉(zhuǎn)速的微調(diào)，保證張力穩(wěn)定。

放料儲(chǔ)料架及放料過程的張力控制

放料儲(chǔ)料架可實(shí)現(xiàn)放料時(shí)的零速接料。由于涂布基材的成本比較高，要求的張力較大，且涂布工藝比較特殊，采用普通搭接法無法滿足生產(chǎn)要求，因此涂布機(jī)的放料儲(chǔ)料架與其他設(shè)備較為不同。

在正常情況下，放料儲(chǔ)料架應(yīng)儲(chǔ)滿基材，以節(jié)省放料輥的換料時(shí)間。因此，在設(shè)備啟動(dòng)前應(yīng)先檢查放料儲(chǔ)料架的狀態(tài)，保證放料儲(chǔ)料架儲(chǔ)滿基材，為放料做好準(zhǔn)備。

當(dāng)放料單元需要換料時(shí)，按下接料按鈕，放料儲(chǔ)料架電機(jī)開始加速，放料牽引電機(jī)開始減速。在這個(gè)過程中，放料牽引擺輥控制放料牽引電機(jī)，放料儲(chǔ)料架電機(jī)跟隨主機(jī)速度，當(dāng)放料儲(chǔ)料架的速度與主機(jī)速度相同時(shí)，放料牽引電機(jī)的速度降為零。此時(shí)，放料牽引擺輥由原本控制放料牽引電機(jī)切換為控制放料儲(chǔ)料架電機(jī)，從而保證放料張力穩(wěn)定，順利進(jìn)行零速接料。

完成放料工作后，按下接料完成按鈕，放料儲(chǔ)料架電機(jī)開始減速，放料牽引電機(jī)開始加速，同時(shí)放料牽引擺輥開始控制放料牽引電機(jī)，當(dāng)放料儲(chǔ)料架電機(jī)速度減為零時(shí)，放料牽引電機(jī)速度與主機(jī)速度相同。隨后，放料儲(chǔ)料架開始以零速上升儲(chǔ)料，直到升至設(shè)定速度。此時(shí)，放料牽引電機(jī)的速度為主機(jī)速度加上放料儲(chǔ)料架的上升速度，以滿足該過程的張力穩(wěn)定。當(dāng)儲(chǔ)料完成后，放料儲(chǔ)料架電機(jī)開始勻速減速，直至速度為零。放料牽引電機(jī)也開始減速，并在放料儲(chǔ)料架電機(jī)降為零時(shí)，降至與主機(jī)相同的速度。

上述為一個(gè)完整的放料過程，在這個(gè)過程中，張力從放料牽引到涂膠單元始終保持穩(wěn)定，滿足了涂布工藝的要求，實(shí)現(xiàn)了張力的時(shí)時(shí)穩(wěn)定控制。

涂膠單元的張力控制

涂膠輥的周長(zhǎng)固定不變，所以涂膠輥電機(jī)的轉(zhuǎn)速為主機(jī)速度加上擺輥的調(diào)節(jié)速度。安川H1000變頻器內(nèi)部的PID控制器可滿足涂膠單元到復(fù)合單元之間的張力微調(diào)控制。

收料儲(chǔ)料架及收料過程的張力控制

涂布機(jī)工藝多樣，要求收料時(shí)預(yù)驅(qū)軸處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此，涂布機(jī)應(yīng)具備收料儲(chǔ)料架機(jī)構(gòu)。在設(shè)備啟動(dòng)前，應(yīng)先檢查收料儲(chǔ)料架的位置，調(diào)整儲(chǔ)料架使其以一定速度自動(dòng)下降至儲(chǔ)料機(jī)構(gòu)下端，準(zhǔn)備好接料。

當(dāng)收料軸需要換料時(shí)，按下接料按鈕，收料儲(chǔ)料架從零開始加速，同時(shí)，收料牽引和收料當(dāng)前軸開始減速。在此過程中，收料牽引擺輥控制收料牽引電機(jī)，收料儲(chǔ)料架電機(jī)跟隨主機(jī)速度，當(dāng)收料儲(chǔ)料架電機(jī)的速度與主機(jī)速度相同時(shí)，收料牽引和收料當(dāng)前軸的速度減為零。此時(shí)，收料牽引擺輥由原本控制收料牽引電機(jī)切換為控制儲(chǔ)料架電機(jī)，從而保證收料張力穩(wěn)定。隨后，收料刀架進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，完成收料工作。

收料動(dòng)作完成，收料大臂落下后，收料儲(chǔ)料架電機(jī)開始減速，收料牽引和收料當(dāng)前軸開始加速。在這個(gè)過程中，收料牽引擺輥控制收料牽引電機(jī)，當(dāng)收料儲(chǔ)料架電機(jī)速度減為零時(shí)，收料牽引電機(jī)和收料當(dāng)前軸速度與主機(jī)速度相同。然后，收料儲(chǔ)料架以零速向下加速，直到加速至設(shè)定速度。此時(shí)，收料牽引電機(jī)和收料當(dāng)前軸的速度為主機(jī)速度加上收料儲(chǔ)料架的下降速度，以滿足復(fù)合單元到收料儲(chǔ)料架、收料儲(chǔ)料架到收料單元的張力穩(wěn)定。當(dāng)收料儲(chǔ)料架下降至減速標(biāo)志后，開始勻速減速，直至速度為零。收料牽引和收料當(dāng)前軸也開始減速，并在收料儲(chǔ)料架速度降為零時(shí)，速度降至與主機(jī)相同的速度。

上述是一次完整的收料過程，在這個(gè)過程中，張力從復(fù)合單元到收料牽引、從收料牽引到收料當(dāng)前軸始終保持穩(wěn)定。