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分切机放卷张力控制分析

分切机放卷张力控制分析 2011年12月03日 来源： 随着我国包装行业的不断发展，国内引进的双轴拉伸生产线也越来越多，作为配套的分切机在产品的分切及质量控制方面起着关键的作用。它主要负责把生产线24小时连续生产的不同宽度、不同长度、不同厚度的母卷分切成用户需求的各种规格的产品。我司从德国布鲁克纳公司引进全套双轴拉伸聚酯薄膜(简称BOPET)生产线和技术的同时也从英国著名分切机生产商阿特拉斯公司引进了聚酯薄膜分切机作为拉膜生产线的配套设备，现就分切机的放卷张力控制进行分析。分切机的工艺流程如下，3米宽PET薄膜母卷装在放卷台上，薄膜穿过牵引辊1后，经过一条跳动辊2，再经过牵引辊3、4、5、6、7、弓形展平辊8、牵引辊9、在分切刀辊槽10进行分切后再经牵引辊11、12、13，然后分成两边收卷成规格产品。在这放卷分切再收卷的分切生产当中，涉及的工艺参数比较多，有放卷张力控制，分切机速度控制、分切后每卷产品的收卷张力和压力控制，其中放卷张力控制直接关系到每一卷分切产品的收卷质量，现就分切机放卷张力控制系统的原理进行简单分析。分切机的放卷张力控制系统的组成部分有稳压信号电源、精密气缸式滑动电位器、比例、积分、微积分调节器(P.I.D)及SSD545直流调速系统等组成。方框图如图2所示。分切机放卷拖动及速度控制主要由SSD545直流调速器及放卷直流马达和测速发电机负责。它们自己构成一个速度闭环对放卷速度进行控制，以达到按给定信号要求的放卷速度。SSD545直流调速器主要进行把三相380V交流电源整流成直流电，并根据速度给定信号和测速发电机的反馈信号，输出一定电压供给放卷马达实现对速度进行控制，达到给定的分切线速度。由跳动辊、气缸、牵引辊及精密气缸式滑动电位器构成对张力的检测，同时把检测信号反馈到P.I.D调节器，通过P.I.D输出信号变化来控制放卷直流电机的转速来达到张力控制，具体分析如下：跳动辊的上下摆使电位器跟着上下滑动，从而改变由稳压信号电源经电位器后由5号线输出的给定信号电压。对应跳动辊在最高位置、中间位置、最低位置时，从5号线输出的给定电压分别为－5V、0V、＋5V，当分切机按下启动按钮后，此时跳动辊在最高位置，放卷张力为0，此时从P.I.D输入的速度给定信号为－5V，从SSD545直接调速器来的电流反馈信号为0，由P.I.D输出的至545的可控硅触发信号为0。放卷马达没有电流，也无力矩输出。但分切的收卷马达及牵引马达接到启动信号后开始运行，速度由0开始加速，把薄膜牵引、分切并收卷，这样使放卷薄膜拉紧，带动跳动辊入下移，此时与跳动辊悬臂相连的滑动电位器滑动，从而使由5号线输出的电压信号由－5V往0V方向增加，向P.I.D调节器输入端输入电信号，由P.I.D输出的电信号使SSD545可控硅触发导通。直流马达开始工作。实际上跳动辊由上往下移的过程也就是增大速度给定信号的过程，使放卷马达加速运转的过程，直到跳动辊基本处于中间位置，这时候由气缸对跳动辊进行对薄膜所产生的张紧力就是所设定的放卷张力。当分切机正常运行时，跳动辊处于上限位置与下限位置的中间，把这时的5号线电压定为V0，由于母卷的放卷过程是一个动态过程，母卷因为薄膜拉伸过程不可能完全为某一标准厚度，总是在一定范围内波动，而且母卷的收卷由于空气被带入母卷卷绕的PET薄膜层与层之间，因此母卷也就不可能完全收卷得很圆很紧实，因此，这些因素造成母卷在分切机上的放卷过程也在波动，而且母卷在放卷时，每转一周，则直径按薄膜厚度约2倍的级数递减，而放卷马达的转速必须增加，以保证一定的线速度。当放卷速度偏大时或薄膜在拉伸过程的某一段比标称厚度薄，使相同时间内放卷出来的薄膜长度增加。跳动辊在气缸作用下向上方移动，如果这种趋势不得到修正，则可能最后导致气缸行程走到尽头，而放卷也就失去了张力。由于分切机是集放卷分切收卷功能于一身，因此当放卷张力失去时，从放卷经牵引辊到分切刀槽辊10的薄膜处于松驰状态，使薄膜在经分切时产生切边不整齐，并导致分切破膜，生产无法进行，为避免这种情况发生，必须对这种偏差进行纠正，因此当跳动辊向上移动时，悬臂也跟着移动，这时从电位器输入端5号线处的电压信号发生改变，此时的输出电压定为V1，此信号传送到P.I.D调节器(图二)与SSD545直流调速系统(图二)中7的电流反馈信号进行比较后，从P.I.D调节器输出控制信号从6送给SD545直流调速系统，改变可控硅导通角，使它给直流驱动马达的输出电压降低，从而使放卷速度变慢，这样，在一定时间内放卷的长度减少，跳动辊在薄膜的拉动下回到原来的位置，保持放卷薄膜受一定向上的力而张紧，使生产得以顺利进行。反之，当放卷速度变慢或薄膜厚度偏厚使相同时间内放卷的薄膜长度减少时，跳动辊被薄膜拉下向下摆动，如果这种状态得不到及时纠正，会使动辊被拉到使汽缸完全收缩到行程为0，而产生远大于工艺要求的张力，这张力一方面会传递到分切收卷的产品上，使产品由于过大的张力而产生纵向拉力纹，使产品收卷的表面不平整而成为不合格废次品，甚至由于过大张力而使薄膜在放卷分切再收卷的过程出现冷却拉伸使薄膜变形、厚度变薄甚至拉断。因此，这种现象必须及时进行纠正。这个纠正同样是由张力控制系统来完成，当跳动辊被薄膜往下拉动发生摆动时，与跳动辊悬臂相连的精密电位器跟着滑动，从5号线输出一个给定电压信号，设定它为V2，V2大于V0，V2送到P.I.D调节器与SSD545的反馈信号进行比较后，从P.I.D调节器输出比原来对应V0时大的控制信号从6号线输送给SSD545直流调速系统，增大可控硅导通角使它的输出电压增大，从而提高放卷速度，增加放卷长度，跳动辊上升而使跳动辊回复到中间位置保持相对稳定的放卷张力，使放卷分切再收卷的生产顺利进行。由于母卷放卷是直径越来越小，这就要求放卷的转速必须越来越大，以保持一定的分切收卷速度，这也是通过这放卷张力系统来不断修正放卷速度而达到的。因为当分切机运行过程、放卷直流马达按P.I.D从6号线输出信号稳定运行。由于马达按一定转速在运转，由于是放卷，所以大母卷每转一周，放卷长度都比原因要少，但分切机牵引、收卷是按稳定的线速度运行的，这样就单位时间里使放卷的长度小于牵引、收卷的长度，也即是放卷的线速度(等于母卷放卷转速乘于放卷母卷半径)，小于牵引、收卷线速度。从而使跳动辊被薄膜往下拉，这样带动与跳动辊悬臂相连的电位计滑动，改变了5号线的输出电压，也即速度给定信号，从而改变P.I.D输出信号，使直流调速系统输出更高的电压，增加放卷马达的转速，使放卷线速度等于牵引、收卷线速度，使跳动辊又回升到中间位置。从上面的分析可以看出，一般的直流调速系统是在给定信号不变的情况下，保持直流电机在某一稳定速度运行，通过直流测速发动机的电压反馈信号及电流反馈信号进行比较后来控制直流电机稳定运行。而分切机张力控制系统，是不断地增大及修正速度给定信号来不断增加放卷直流马达的转速来实现一定的放卷线速度，从而实现了张力的基本稳定不变，保证分切生产顺利进行及分切产品质量稳定合符要求。(end)

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