Что такое система управления натяжением полотна? | XW Machinery
Share
Что такое система управления натяжением полотна?
Система управления натяжением полотна — это замкнутый контур, который создаёт, измеряет и удерживает тянущее усилие на движущемся полотне, пока оно проходит путь от размотки через продольную резку, печать, нанесение покрытия или ламинирование к перемотке. Это не отдельное устройство. Это источник момента, точка измерения, контроллер и механический путь между ними, работающие вместе, чтобы материал оставался ровным, совмещённым и намотанным с воспроизводимой плотностью.
Бóльшая часть проблем с натяжением — не проблемы контроллера. Это проблемы архитектуры: источник момента стоит не там, в одной зоне два регулятора скорости конфликтуют друг с другом, или датчик измеряет усилие, почти не связанное с полотном. В этой статье система объясняется как система, чтобы вы могли сначала найти неисправный блок.
Натяжение возникает от момента, а не от контроллера
Любой разговор о натяжении начинается с одного и того же уравнения:
T (Н·м) = F (Н) × R (м)
T — это момент, приложенный к валу рулона, F — общее натяжение полотна по всей ширине, а R — радиус рулона в данный момент. Обратите его, и получите форму, важную для оператора: F = T ÷ R.
Это обращение объясняет бóльшую часть симптомов натяжения на линии. По мере опустошения размоточного рулона R падает, поэтому тот же тормозной момент даёт большее натяжение, и полотно натягивается туже, если контроллер не снижает момент в соответствии с диаметром. По мере намотки перемоточного рулона R растёт, поэтому тот же момент муфты даёт меньшее натяжение, и рулон становится мягким посередине, если момент не увеличить. В контроллере ничего не изменилось; изменился только радиус.
Контроллер не создаёт натяжение. Он лишь решает, сколько тока поступает на исполнительный механизм. Реальная сила в полотне исходит от тормоза, муфты или приводного двигателя. Когда кто-то сообщает, что «контроллер не держит натяжение», честный первый вопрос — что делает исполнительный механизм.
Четыре строительных блока
1. Исполнительный механизм — где создаётся момент. На размотке это обычно порошковый тормоз, который придерживает родительский рулон, так что полотно приходится снимать под нагрузкой. На перемотке это порошковая муфта, которая натягивает полотно на гильзу. На приводном зазоре это двигатель и редуктор. Порошковые устройства доминируют в натяжении, потому что момент почти линейно следует за током катушки — без износа фрикционных дисков и без заклинивания-проскальзывания на низкой скорости.
2. Датчик — где измеряется натяжение. Тензодатчик под роликом превращает усилие полотна в электрический сигнал. Датчики натяжения с подушечным подшипником стоят под опорными блоками и считывают общее усилие на ролике. Консольные тензодатчики крепятся на неподвижном валу, где мало места. Датчик натяжения полотна сквозного вала превращает выделенный ролик в измерительный элемент.
3. Контроллер — где принимается решение. Он сравнивает уставку с измеренным значением и подстраивает ток исполнительного механизма, обычно тысячи раз в секунду. Компактный регулятор натяжения подходит для одной узкополосной станции с локальным дисплеем. Полный автоматический регулятор натяжения полотна обеспечивает замкнутую перемотку с коническим натяжением, сопровождением диаметра и несколькими зонами.
4. Механический путь — где натяжение приобретается или теряется. Подшипники холостых роликов, угол обхвата, танцующие (дэнсерные) рычаги, изношенные ремни и перекошенные ролики — всё это меняет усилие, доходящее до полотна. Идеальный контроллер не компенсирует заклинивший холостой ролик. Этот блок чаще всего пропускают при поиске неисправностей, и он вызывает бóльшую часть «случайных» колебаний.
Один регулятор скорости и один источник момента на зону
Это правило отделяет стабильную линию от той, что колеблется, и его редко сообщают покупателям.
Зона натяжения — это участок полотна между двумя точками, которые им управляют. Между этими границами одна точка должна управлять скоростью, а другая — моментом. Никогда обоими одинаково.
- Две управляемые по скорости точки в одной зоне конфликтуют друг с другом. Каждая пытается задать скорость полотна. Рассогласование в несколько десятых процента проявляется как резкий рывок натяжения, потому что полотно жёсткое, а ошибке некуда деться.
- Две управляемые по моменту точки оставляют скорость неопределённой. Ничто не задаёт, как быстро движется полотно, поэтому материал дрейфует, рывками или останавливается.
- Одна точка по скорости плюс одна по моменту — стабильны. Скорость задаёт перемещение, момент — натяжение, и они никогда не спорят.
На типичной продольно-резательной перемотке это даёт две зоны. Зона одна идёт от размоточного тормоза до питающего зазора: тормоз — источник момента, а привод питающего зазора — регулятор скорости. Зона два идёт от питающего зазора до перемотки: питающий зазор по-прежнему регулятор скорости, а перемоточная муфта — источник момента. Питающий зазор — общая граница и единственный регулятор скорости на машине.
Когда линия колеблется на устойчивой частоте, сначала проверьте это правило. Второй преобразователь частоты, добавленный позже «для помощи в протяжке», — классическое нарушение, и никакая настройка контроллера его не исправит.
Три способа, как линия создаёт натяжение
| Способ | Где действует | Типичный исполнительный механизм | Лучше всего для |
|---|---|---|---|
| Противонатяжение размотки | Тормозит родительский рулон | Порошковый тормоз | Продольная резка, печать, ламинирование |
| Протяжка перемотки | Приводит готовый рулон | Порошковая муфта | Перемотка, намотка на бобину |
| Протяжка (draw) или разница скоростей | Между двумя приводными зазорами | Два серво- или векторных привода | Нанесение покрытия, сушильные печи, многозонные линии |
Бóльшая часть машин комбинирует способы. Продольно-резательная перемотка использует противонатяжение размотки плюс протяжку перемотки. Ламинатор с длинной сушилкой часто использует управление протяжкой через печь и тормоз на размотке.
Разомкнутый контур, замкнутый контур и управление дэнсером
- Разомкнутый контур задаёт ток исполнительного механизма из расчёта диаметра рулона и никогда не измеряет реальное натяжение. Он дёшев и достаточен для бумаги, картона и толерантных материалов на умеренной скорости.
- Замкнутый контур измеряет фактическое усилие полотна и непрерывно корректирует. Он фактически обязателен для плёнок тоньше примерно 25 мкм, алюминиевой фольги, литиевых электродов и сепараторной плёнки, а также для любой линии, где несколько ньютонов решают, отгружается рулон или нет.
- Управление дэнсером использует подвижный ролик на пневмоцилиндре или грузе одновременно как датчик и накопитель. Оно хорошо гасит кратковременные возмущения, но добавляет инерцию и требует тщательной механической настройки.
Где вы измеряете, так же важно, как что вы измеряете
Полотно между двумя роликами не жёсткое; оно ведёт себя как длинная лёгкая пружина. Каждый метр свободного пролёта добавляет податливость и задержку. Датчик, установленный в трёх метрах ниже по потоку от тормоза, замечает изменение натяжения позже, чем установленный в полуметре, и к моменту прихода сигнала контроллер уже перекорректировал. Симптом — медленное нарастающее колебание, которое не устраняется никаким снижением усиления.
Практические правила: измеряйте как можно ближе к процессу, который вас интересует, механически возможно; держите измерительный ролик свободным от трения подшипника и боковой протяжки ремнём; и обнуляйте вес ролика и геометрию обхвата перед тем, как доверять показанию.
Пять чисел, которые нужно задать до покупки
- Диапазон натяжения в ньютонах суммарно или Н/мм ширины, минимум и максимум.
- Диапазон диаметров рулона от гильзы до полного, на размотке и перемотке. Это задаёт перепад момента, который должен обеспечить исполнительный механизм.
- Максимальная скорость линии, которая вместе с натяжением задаёт мощность скольжения, рассеиваемую исполнительным механизмом как тепло.
- Материал и ширина полотна, которые задают, насколько узкой должна быть полоса допуска.
- Количество зон натяжения, от которого зависит, достаточно ли одного контроллера или каждой станции нужен свой.
Часто задаваемые вопросы
В: Является ли регулятор натяжения той же самой системой управления натяжением? Нет. Регулятор — это блок принятия решений. Система также включает исполнительный механизм, датчик и механический путь, и неисправность в любом из четырёх даёт один и тот же симптом.
В: Почему натяжение растёт по мере опустошения размоточного рулона? Потому что радиус падает, а F = T ÷ R. Без компенсации диаметра тот же тормозной момент даёт неуклонно растущее натяжение.
В: Нужен ли мне тензодатчик, если у меня уже есть порошковый тормоз? Только для замкнутого контура. Тормоз сам по себе — источник момента с разомкнутым контуром и будет дрейфовать по мере изменения диаметра рулона.
Заключение и следующий шаг
Система управления натяжением полотна — это четыре блока и одно правило. Блоки: исполнительный механизм, создающий момент; датчик, измеряющий; контроллер, принимающий решение; и механический путь, несущий усилие. Правило: один регулятор скорости и один источник момента на зону. Сделайте это правильно, и неисправности натяжения станут обычными отказами компонентов, которые можно найти за одно дневное время. Сделайте неправильно — и никакая настройка контроллера не спасёт линию.
Отправьте в XW Machinery материал полотна, ширину, диапазон натяжения, диаметры рулонов и скорость линии. Мы разметим ваши зоны натяжения, подберём исполнительный механизм и датчик и рассчитаем согласованный контроллер — бесплатно.
Следующий шаг: задайте числа
Превратите концепцию в заказ, задав диапазон момента, метод управления, вход датчика и связь: 6 Н·м до 400 Н·м на стандартных порошковых блоках, 1 Н·м до 5 Н·м на микро-блоках, замкнутое ПИ-управление с дискретизацией 50 мс, вход датчика 30 мВ или 300 мВ и опционально RS485 / Modbus-RTU. См. Управление натяжением полотна: диапазон натяжения и методы управления, затем изучите подборку систем управления натяжением полотна.