ウェブテンション制御システムとは？
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ウェブテンション制御システムとは？
ウェブテンション制御システムとは、アンワインディング（巻出し）からスリッティング（裁断）、印刷、コーティング、ラミネートを経てリワインディング（巻取り）に至るまで、移動するウェブに作用する牽引力を生成・検出・保持する閉ループです。これは単一の装置ではありません。トルク源、検出点、コントローラ、そしてそれらを結ぶ機械的な経路が一体となって機能し、材料を平坦に、位置を揃えて、再現性のある密度で巻き取れるようにします。
テンションのトラブルの多くはコントローラの問題ではありません。アーキテクチャの問題です。トルク源が誤った位置にあり、1つのゾーン内で2つの速度マスターが互いに干渉していたり、センサーがウェブとはほとんど無関係な力を検出していたりします。本記事では、システムを「システム」として説明し、まず故障ブロックを特定できるようにします。
テンションはコントローラではなくトルクから生まれる
テンションに関する議論はすべて、同じ式から始まります。
T (N·m) = F (N) × R (m)
Tはロールのシャフトに加わるトルク、Fは全幅にわたるウェブテンションの合計、Rはその瞬間のロール半径です。これを逆にすると、オペレーターにとって重要な形になります。F = T ÷ R。
この逆算式は、ライン上のほとんどのテンション症状を説明します。アンワインドロールが空になるにつれてRは小さくなるため、同じブレーキトルクでもテンションは高まり、直径に合わせてコントローラがトルクを絞らない限りウェブは次第にきつく締まります。リワインドロールが大きくなるにつれてRは大きくなるため、同じクラッチトルクではテンションが低下し、トルクを増やさない限りロールの中央がゆるくなります。コントローラに変化はなく、変わったのは半径だけです。
コントローラはテンションを作り出すものではありません。アクチュエーターにどれだけ電流を流すかを決めるだけです。ウェブに実際に働く力は、ブレーキ、クラッチ、または駆動モーターから来ます。「コントローラがテンションを保持しない」という報告があったとき、正直な第一の問いは「アクチュエーターはどう動いているか」です。
4つの構成要素
1. アクチュエーター ― トルクを作る場所。アンワインドでは通常、磁気粉末ブレーキ（磁粉ブレーキ）が親ロールを後ろから抑え、ウェブを負荷下で引き出させます。リワインドでは、磁気粉末クラッチ（磁粉クラッチ）がウェブをコアに巻き付けます。駆動ニップではモーターと減速機です。粉末装置は、トルクがコイル電流にほぼ直線的に追従し、摩擦板の摩耗もなければ低速でのスティックスリップもないため、テンション用途で主流です。
2. センサー ― テンションを測る場所。ローラー下のロードセルがウェブの力を電気信号に変換します。ピローブロック式テンションセンサーは軸受ブロックの下にあり、ローラー上の全荷重を検出します。カンチレバー式テンション荷重セルは、スペースが限られた場所でデッドシャフトに取り付けます。スルーシャフト式ウェブテンションセンサーは、専用ローラーを検出素子にします。
3. コントローラ ― 決定を下す場所。設定値と検出値を比較し、通常1秒間に数千回アクチュエーター電流を調整します。コンパクトなテンションコントローラは、ローカル表示付きの単一ナローウェブステーションに適しています。本格的な自動ウェブテンションコントローラは、テーパーテンション、直径追従、複数ゾーンに対応する閉ループリワインドを処理します。
4. 機械的経路 ― テンションが得られたり失われたりする場所。アイドラーベアリング、巻き角、ダンサーアーム、摩耗したベルト、位置の狂ったローラーはすべて、ウェブに到達する力を変化させます。完璧なコントローラでも固着したアイドラーを補償できません。このブロックはトラブルシューティング時に最も見落とされ、ほとんどの「ランダムな」ばらつきの原因になります。
ゾーンごとに1つの速度マスターと1つのトルク源
これは安定したラインと振動するラインを分ける規則であり、購入者にほとんど教えられない部分です。
テンションゾーンとは、それを制御する2点の間のウェブの区間です。その境界の間で、一方の点が速度を、もう一方がトルクを制御しなければなりません。決して同じように両方を担わせてはいけません。
- 1つのゾーン内に2つの速度制御点があると互いに干渉します。それぞれがウェブ速度を設定しようとします。数パーセントの不一致は、ウェブが剛性を持ち行き場がないため、激しいテンションの揺れとなって現れます。
- 2つのトルク制御点では速度が不定になります。ウェブがどのくらい速く動くかを決めるものがなく、材料は流れたり突進したり停止したりします。
- 1つの速度点と1つのトルク点があれば安定します。速度が速度を決め、トルクがテンションを決め、両者が言い争うことはありません。
典型的なスリッター・リワインダーでは、これにより2つのゾーンが生まれます。ゾーン1はアンワインドブレーキから供給ニップまで：ブレーキがトルク源、供給ニップ駆動が速度マスターです。ゾーン2は供給ニップからリワインドまで：供給ニップが引き続き速度マスター、リワインドクラッチがトルク源です。供給ニップは共有境界であり、装置上の唯一の速度マスターです。
ラインが一定の周波数で振動する場合、まずこの規則を確認してください。後から「引っ張りを助ける」ために追加された2台目のインバーター駆動は典型的な違反であり、どれだけコントローラを調整しても直りません。
ラインがテンションを作る3つの方法
| 方式 | 作用する場所 | 一般的なアクチュエーター | 最適な用途 |
|---|---|---|---|
| アンワインド・バックテンション | 親ロールを制動する | 磁気粉末ブレーキ | スリッティング、印刷、ラミネート |
| リワインド・プル | 完成ロールを駆動する | 磁気粉末クラッチ | 巻取り、巻き付け |
| ドロー（速度差） | 2つの駆動ニップの間 | 2台のサーボまたはベクトル駆動 | コーティング、乾燥炉、多ゾーンライン |
多くの機械は方式を組み合わせます。スリッター・リワインダーはアンワインド・バックテンションとリワインド・プルを併用します。長い乾燥炉を持つコーターは、炉を通してドロー制御を行い、アンワインドにブレーキを置くことがよくあります。
開ループ、閉ループ、ダンサー制御
- 開ループは、ロール直径の計算からアクチュエーター電流を設定し、実際のテンションを測定しません。紙、板紙、許容度の高い材料の中等速度には安価で十分です。
- 閉ループは、実際のウェブの力を測定し、連続的に補正します。約25µm未満のフィルム、アルミ箔、リチウム電極、セパレーター、および数ニュートンの差でロールが出荷可能かが決まるラインには事実上必須です。
- ダンサー制御は、エアシリンダーまたは重りのついた可動ローラーをセンサーとアキュムレーターを兼ねて使用します。短い外乱をよく吸収しますが、慣性が加わり、慎重な機械的セットアップが必要です。
何を測るかと同じくらい、どこで測るかが重要
2つのローラー間のウェブは剛体ではなく、長く軽いバネのように振る舞います。自由区間の1mごとにコンプライアンスと遅れが加わります。ブレーキの下流3mに置かれたセンサーは、0.5m離れたセンサーよりも遅れてテンション変化を検出し、信号が届くころにはコントローラは既に過補正をしています。症状は、ゲインをどれだけ下げても完全には治らない、ゆっくり成長する振動です。
実践的な規則：可能な限り機械的に、関心のある工程の近くで測定し、測定ローラーを軸受の引きずりやサイドベルトの引っ張りから解放し、読み値を信じる前にローラー重量と巻き角の幾何学的補正（テアリング）を行ってください。
購入前に指定すべき5つの数値
- テンション範囲、合計ニュートンまたは幅当たりN/mmで、最小と最大。
- ロール直径範囲、コアから満巻まで、アンワインドとリワインドの両方。これがアクチュエーターが備えるべきトルクの絞り幅（ターダウン）を決めます。
- 最大ライン速度、テンションとともに、アクチュエーターが熱として散逸しなければならないすべり電力を決めます。
- ウェブ材料と幅、許容誤差帯をどの程度厳しくするかを決めます。
- テンションゾーンの数、1つのコントローラで十分か、各ステーションに専用が必要かを決めます。
よくある質問
Q：テンションコントローラとテンション制御システムは同じですか？ いいえ。コントローラは決定ブロックです。システムにはアクチュエーター、センサー、機械的経路も含まれ、4つのいずれかに故障があっても同じ症状になります。
Q：アンワインドロールが空になるとテンションが上がるのはなぜですか？ 半径が小さくなり、F = T ÷ R となるからです。直径補償がなければ、同じブレーキトルクでテンションは着実に上昇します。
Q：粉末ブレーキがあればロードセルは必要ですか？ 閉ループの場合のみ必要です。ブレーキ単体は開ループのトルク源であり、ロール直径の変化とともにドリフトします。
まとめと次のステップ
ウェブテンション制御システムは、4つのブロックと1つの規則からなります。ブロックとは、トルクを作るアクチュエーター、測るセンサー、決めるコントローラ、そして力を伝える機械的経路です。規則とは、ゾーンごとに1つの速度マスターと1つのトルク源です。これを正しく行えば、テンション故障は午後1つで見つかる普通の部品故障になります。間違えば、どんなコントローラ設定もラインを救えません。
XW Machinery（Dongguan Xiangwang Machinery Co., Ltd.）に、お使いのウェブ材料、幅、テンション範囲、ロール直径、ライン速度をお送りください。テンションゾーンを割り出し、アクチュエーターとセンサーを選定し、マッチしたコントローラを無料で見積もります。
次のステップ：数値を指定する
コンセプトを注文に変えるには、トルク範囲、制御方式、センサー入力、通信を指定します。標準の磁気粉末ユニットで6 N.m～400 N.m、マイクロユニットで1 N.m～5 N.m、50 msサンプリングの閉ループPI制御、30 mVまたは300 mVのセンサー入力、オプションのRS485／Modbus-RTU。詳しくはウェブテンション制御：テンション範囲と制御方式をご覧いただき、ウェブテンション制御システムのコレクションをご覧ください。