Контроль натяжения в продольно-резательных машинах: разомкнутый и замкнутый контур

В работе продольно-резательной машины технология Tension Control является основной технологией. Будь то резка бумаги, пленки или алюминиевой фольги, стабильность натяжения напрямую определяет плоскостность готового продукта, точность резки и качество намотки.

Управление натяжением в основном делится на два режима: разомкнутый и замкнутый. Их базовая логика и сценарии применения существенно различаются.

1. Управление натяжением с разомкнутым контуром

Управление с разомкнутым контуром не контролирует непосредственно фактическое значение натяжения. Вместо этого он «оценивает» и выдает необходимый крутящий момент на основе прогнозируемых и заданных параметров.

Принцип работы:

Система управления рассчитывает крутящий момент (крутящий момент), требуемый приводным двигателем (обычно магнитно-порошковым тормозом или серводвигателем), на основе текущего диаметра рулона , , ширины материала и целевого значения натяжения..

T — выходной крутящий момент,

F - установленное натяжение, а

R — диаметр рулона в реальном времени.

• Ключевое требование : он должен иметь высокоточный расчет диаметра (с помощью энкодеров, ультразвуковых датчиков или линейного преобразования скорости).

• Плюсы : простая конструкция, низкая стоимость, отсутствие необходимости в дорогих датчиках натяжения или танцующих роликах.

• Минусы: Отсутствие коррекции в реальном времени. Если толщина материала неравномерна, изменяется механическое трение или колеблются факторы окружающей среды, система не может распознать фактическое отклонение натяжения, что приводит к снижению точности.

2. Регулирование натяжения с обратной связью

Управление с обратной связью отслеживает фактическое значение в режиме реального времени с помощью датчиков и сравнивает его с заданным значением, используя ПИД-алгоритм для автоматической коррекции выходного сигнала.

A. Обратная связь датчика натяжения (прямой замкнутый контур)

• Процесс: Специализированные датчики нагрузки (детекторы натяжения) устанавливаются под направляющими роликами.

• Характеристики: Он напрямую отражает физическое напряжение на поверхности материала. Он чрезвычайно отзывчив и идеально подходит для высокоскоростного оборудования для продольной резки.

B. Танцующий ролик/маятниковый рычаг (косвенный замкнутый контур)

• Процесс : Давление воздуха управляет танцующим роликом, создавая постоянную силу. Материальное напряжение уравновешивается этим давлением. Когда напряжение колеблется, рука движется; потенциометр обнаруживает это смещение и передает его обратно в систему.

• Характеристики : Танцующий ролик действует как буфер и аккумулятор энергии , поглощая удары во время запуска или аварийной остановки, чтобы предотвратить разрушение материала.

3. Сравнение: разомкнутый и замкнутый контур.

Особенность	Управление с разомкнутым контуром	Управление с обратной связью
Элемент обнаружения	Нет (или только определение диаметра)	Тензодатчики или танцующий ролик
Точность	Средне-низкий; чувствителен к помехам	Чрезвычайно высокий; автокомпенсация
Стабильность	По своей сути стабильный; нет колебаний	Требуется настройка ПИД-регулятора для предотвращения колебаний.
Стоимость оборудования	Низкий	Высокий
Типичные сценарии	Размотка, недорогие машины, однородные материалы	Высокоскоростные продольно-резательные станки, перемотка, ультратонкие материалы

4. Почему при перемотке часто используется «замкнутый контур + управление конусом»

На этапе перемотки продольно-резательной машины поддержание строго постоянного натяжения может привести к тому, что внутренние слои станут слишком рыхлыми или внешние слои разрушат сердцевину (эффект «телескопирования» или «цветной капусты»).

Поэтому управление с обратной связью обычно сочетается с алгоритмом Tension Taper : по мере увеличения диаметра рулона заданное натяжение автоматически и линейно снижается.

K - коэффициент конусности и

R — текущий диаметр.

Краткое содержание

• Начальный уровень/экономичное решение : Управление с разомкнутым контуром с магнитным порошковым тормозом для размотки; простой режим крутящего момента для перемотки.

• Высококачественное/высокоскоростное решение : Полное управление с обратной связью. На стороне размотки используется активный двигатель с датчиками, а на стороне перемотки используются серводвигатели с замкнутым контуром управления и динамической компенсацией конусности, что обеспечивает аккуратные края и научное распределение внутреннего напряжения.