CN101195454A - 薄膜生产中薄膜张力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种薄膜生产中薄膜张力控制方法，包括在薄膜生产中建立至少包括放卷、料带、收卷及张力控制器、伺服驱动装置的薄膜生产系统；然后，在所述收卷前设置浮辊机构，所述浮辊机构包括浮动辊、与所述浮动辊连动的摆杆及气缸，浮动辊电位器；其后，根据预设气缸压力，使料带上的张力与气缸作用力保持平衡，使所述浮动辊处于中央位置。本发明的薄膜生产中薄膜张力控制方法，由于在薄膜生产系统增加了浮辊机构，通过浮辊机构中浮动辊的位置变化，实现间接的张力检测，并根据检测结果即时调整浮动辊的位置来保持实现设定的张力，从而实现对张力的控制。本发明的方法，结构简单，反应即时，具有可操作性，高稳定性和耐久性的优点。

Description

薄膜生产中薄膜张力控制方法

技术领域

本发明涉及搬运、包装薄的材料领域，尤其涉及一种薄膜生产中控制薄膜张力的方法。

技术背景

张力控制是指能够持久地控制料带在设备上输送时的张力的能力。这种控制对机器的任何运行速度都必须保持有效，包括机器的加速、减速和匀速。即使在紧急停车情况下，它也有能力保证料带不产生丝毫破损。

传统的薄膜生产和加工张力控制基本上分以下几种：

1、手动张力控制：手动张力控制就是在收卷或放卷过程中，当卷径变化到某一阶段，由操作者调节手动电源装置，从而达到控制张力的目的。这种方式精度无法真正，无法适应现代机械生产要求。

2、卷径检测式张力控制，它是用安装在卷轴处的接近开关、检测出卷轴的转速，并通过所设定的卷轴直径初始值和材料厚度，累积计算求得收卷或放卷筒当前的直径，相应卷径的变化输出控制信号，以控制收卷转矩或放卷制动转矩，从而调整料带的张力。因为卷轴每转一圈，卷径会发生2倍于料带厚度的变化。此种张力控制不受外界剌激的影响，能实行稳定的张力控制。但是，由于受传动装置的转矩变化、线性变化和机械损耗等因素影响，这种张力控制的绝对精度较差。

3、张力传感器方式：它是对张力直接进行检测，与机械紧密地结合在一起，没有移动部件的检测方式。通常两个传感器配对使用，将它们装在检测导辊两侧的端轴上。料带通过检测导辊施加负载，使张力传感器敏感元件产生位移或变形，从而检测出实际张力值，并将此张力数据转换成张力信号反馈给张力控制器。最终实现张力闭环控制。缺点是不能吸收张力的峰值，机械的加减速难以处理，不容易实现高速切换卷等。因此，当处于平衡状态的张力控制系统受到较强的干扰时，系统瞬间来不及作出反应，料带上张力变化的幅度值会较大，对张力控制尽快重新进入平衡状态不利。

如图2所示的技术方案，为本领域现有的常用的控制系统包括料带2等。

中国发明专利CN03127220.7提供了一种张力控制装置，根据张力设定值来控制长条材料张力，其特征在于，包括将与进行张力控制用的控制功能项目对应的数据进行设定或显示用的画面数据与功能项目名称及项目号码相关联作为功能画面数据进行存储、同时将识别显示控制功能项目用的数据作为功能项目识别数据进行存储的存储器，具有显示所述功能画面数据的画面数据显示部分及显示所述功能项目识别数据的功能识别显示部分、并将所述功能画面数据与所述功能项目识别数据组合的功能画面进行显示的显示装置，将所述画面数据显示部分显示的控制功能项目的项目号码进行输入用的数值设定装置，与所述功能识别显示部分显示的所述功能项目识别数据对应进行选择输入用的功能选择输入装置，以及在从所述数值设定装置输入项目号码时根据所述存储器存储的功能画面数据使所述显示装置显示与项目号码对应的功能项目名称、并根据从所述数值设定装置的项目号码输入结果或从所述功能选择输入装置的选择输入结果从所述存储器取出对应的功能画面数据及功能项目识别数据后在所述显示装置显示功能画面的控制单元。

中国实用新型CN02205412.X提供了一种张力控制实验装置，其特征是该实验装置一端有放卷轴，放卷轴上装配有一种制动装置；实验装置另一端有复卷轴，复卷轴上装配有一种复卷扭矩控制装置；复卷轴与一个电动机连接，该电动机用于带动复卷轴并且其运转速度可以调节；放卷轴与复卷轴之间有数根过纸辊，其中一个过纸辊上装有张力传感器；实验装置的控制箱中有一个张力控制器，张力控制器一端与张力传感器连接，接收张力传感器的张力检测信号，另一端与放卷轴上的制动装置或复卷轴上的复卷扭矩控制装置连接，发出控制信号给制动装置或扭矩控制装置。

中国实用新型CN99236913.4提供了一种自动放卷张力控制器，其特征在于包括有PI控制电路(1)、线性延迟放大电路(2)、比较电路(3)、调制电路(4)、三角波发生器(5)、功放电路(6)、张力检测电路(7)、张力给定电路(8)，其中PI控制电路(1)的输入端分别与张力给定电路(8)及张力检测电路(7)的输出端连接，PI控制电路(1)的输出端与线性延迟放大电路(2)的输入端连接，比较电路(3)的输入端与线性延迟放大电路(2)的输出端连接，调制电路(4)的输入端分别与比较电路(3)的输出端及三角波发生器(5)的输出端连接，功放电路(6)的输入端与调制电路(4)的输出端连接，功放电路(6)的输出端与负载PL连接，张力检测电路(7)的输入端与检测负载张力的传感器连接。

上述现有技术均为本领域常用的技术，但在实践中各有优缺点。在生产实践领域需要一种具有良好可操作性，高稳定性和耐久性薄膜张力控制方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有良好可操作性，高稳定性和耐久性的薄膜生产中薄膜张力控制方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种薄膜生产中薄膜张力控制方法，包括以下步骤：

首先，在薄膜生产中建立至少包括放卷、料带、收卷及张力控制器、伺服驱动装置的薄膜生产系统；

然后，在所述收卷前设置浮辊机构，所述浮辊机构包括浮动辊、与所述浮动辊连动的摆杆及气缸，浮动辊电位器；

其后，根据预设气缸压力，使料带上的张力与气缸作用力保持平衡，使所述浮动辊处于中央位置；

其后，当张力变化时，所述浮动辊位置会上升或下降，所述摆杆将转动带动所述浮动辊电位器一起转动，所述浮动辊电位器检测出所述浮动辊位置变化，并将位置信号反馈到所述张力控制器；

其后，所述张力控制器经计算并输出控制信号，控制所述伺服驱动装置进行纠偏，使所述浮动辊恢复到平衡位置。

薄膜生产和加工的张力控制系统实质上是一种输入量按某种可调节的衰减规律而变化的特殊的随动系统。张力的控制可以说是整机控制的核心。只要张力控制稳定，张力变化小，薄膜生产和加工的套色精度和废品率就很容易控制。因此，要想确保薄膜生产和加工的质量和效率必须配备功能完善的张力控制系统。然而，在生产过程中，使薄膜生产和加工张力产生波动和变化的因素往往比较复杂，其主要影响因素大致有如下几个方面：

1.薄膜生产和加工料卷在收、放卷过程中，收卷和放卷直径是不断变化的，直径的变化必须会引起料带张力的变化。放卷在制动力矩不变的情况下，直径减少，张力将随之增大。而收卷则相反，如果收卷力矩不变时，随着收卷直径增大，张力将减少。这是薄膜生产和加工的固有特性所决定的，也是引起料带张力变化的主要因素之一。

2.薄膜生产和加工各主要构件如底座、墙板、导辊等的制造精度和装配精度存在偏差。例如底座组装的平面度和直线度，墙板与底座组装的垂直度以及各版辊、导辊组装的水平度和它们相互之间的平行度，它们各自的跳动量偏差，质量动静平衡偏差等等，都要求十分严格。否则料带在版辊和众多导辊上运行时，料带上的张力就会随之发生微小变化。最终就会反映到整台机上，导致张力产生无规律变化。

3.料带内在材质的不均匀性。如材料弹性模量的波动，材料厚度沿宽度、长度方向变化等，料卷的质量偏心，以及生产环境温度、湿度变化，都会对整机的张力波动带来微妙的影响。

4.薄膜生产和加工在不停机自动接换料过程中，接料和断料都会使整机原已稳定的张力突然产生干扰变化。设备运行速度愈高，干扰就愈大。此时，张力控制系统应当能迅速地根据料带张力干扰情况自动地随机进行调整，使张力及时地恢复原来的稳定状态。

本发明的薄膜生产中薄膜张力控制方法，由于在薄膜生产系统增加了浮辊机构，通过浮辊机构中浮动辊的位置变化，实现间接的张力检测，并根据检测结果即时调整浮动辊的位置来保持实现设定的张力，从而实现对张力的控制。本发明的方法，结构简单，反应即时，具有可操作性，高稳定性和耐久性的优点。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明一具体实施例的生产系统示意图；

图2是现有技术的生产系统示意图。

具体实施方式

如图1所示为本发明的薄膜张力控制方法一具体实施例，包括以下步骤：

首先，在薄膜生产中建立至少包括放卷、料带、收卷及张力控制器、伺服驱动装置的薄膜生产系统；在收卷前设置浮辊机构1，浮辊机构1包括浮动辊11、与浮动辊11连动的摆杆及气缸12，浮动辊电位器13；

其后，根据预设气缸压力，使料带2上的张力与气缸12作用力保持平衡，使浮动辊11处于中央位置。

当张力变化时，浮动辊11位置会上升或下降，摆杆将转动带动浮动辊电位器13一起转动，浮动辊电位器13检测出浮动辊11位置变化，并将位置信号反馈到张力控制器；

其后，张力控制器经计算并输出控制信号，控制伺服驱动装置进行纠偏，使浮动辊11恢复到平衡位置。

具体地，本发明的张力数控装置系统采用四段统一控制方式的全闭环自动张力控制系统。机器由PLC可编程控制器整机运转控制，人机界面采用HITECH触摸屏进行运转参数设定和显示，放卷、进料牵引、出料牵引、收卷采用主控制柜协调集中控制和操作。四段张力即指放卷张力，进料牵引张力，出料牵引张力，收卷张力等四部分张力。所有四段张力均通过交流矢量变频电机来实现张力自动控制。在收料单元操作盘上装有HITECH触摸屏，可进行速度、张力、卷径等参数的设定，还可实时显示速度、张力等参数状况。系统控制精度高，反应快，稳定性好。操作人员可在机器的任何部位进行启动、加速、减速或停止操作，操作非常便利。在放料、收料墙板上除装有张力控制操作盘外，还装有整台机器启动、停止及紧急停止开关。由于采用交流矢量变频电机收料，控制的速度范围较宽，无论在低速还是高速都具有良好的性能，可实现锥度张力控制，收卷效果极佳。

四段张力控制均通过其浮辊位移检测装置的反馈构成闭环进行自动控制。所不同的是放卷和收卷单元采用了交流矢量变频电机，而进料牵引和出料牵引单元却采用了伺服电机。由于放卷和收卷单元采用了交流矢量变频电机，控制的速度范围较宽，精度高，无论是在低速还是在高速都具有良好的性能，只要闭环控制矢量变频电机就可得到稳定的放卷张力和收卷张力。另一方面，进料牵引和出料牵引单元选用伺服电机，是因为牵引张力控制器通过浮辊位移检测装置的反馈构成闭环，并根据主机设置线速度控制伺服电机得到稳定的张力。

本发明采用浮动辊式张力控制方式，是一种间接的张力检测方式，实质上是一种位置控制，当张力稳定时，料带上的张力与气缸作用力保持平衡，使浮动辊处于中央位置。当张力发生变化时，张力与气缸作用力的平衡被破坏，浮动辊位置会上升或下降，此时摆杆将转动并带动浮辊电位器一起转动。这样，浮动辊电位器准确地检测出浮动辊位置的变化，它将以位置信号反馈给张力控制器，控制器经过计算并输出控制信号，控制伺服驱动系统进行纠偏。然后浮动辊恢复到原来的平衡位置。由于浮辊式张力检测装置本身是一种储能结构，利用其自身的沉余作用，对大范围的张力跳变有良好的吸收缓冲作用，同时也能减弱料卷的偏心(椭圆)以及速度变化对张力的影响。此系统要求气缸磨擦系数小，响应速度快，气源稳定。浮动辊和摆杆的重量要轻，转动要灵活。

本发明的张力控制系统由于采用了PLC的可编程控制器进行整机控制，触摸式电脑屏人机界面操作，自动化程度高，操作简便，全方位参数设置，具有可操作性，高稳定性和耐久性优点。因此，由于两者的同步发展，大大提高了薄膜生产和加工产品质量。

本发明的薄膜生产中薄膜张力控制方法，由于在薄膜生产系统增加了浮辊机构，通过浮辊机构中浮动辊的位置变化，实现间接的张力检测，并根据检测结果即时调整浮动辊的位置来保持实现设定的张力，从而实现对张力的控制。本发明的方法，结构简单，反应即时，具有可操作性，高稳定性和耐久性的优点。

综上所述，本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围内。

Claims (1)

1.一种薄膜生产中薄膜张力控制方法，包括以下步骤：

首先，在薄膜生产中建立至少包括放卷、料带、收卷及张力控制器、伺服驱动装置的薄膜生产系统；

然后，在所述收卷前设置浮辊机构，所述浮辊机构包括浮动辊、与所述浮动辊连动的摆杆及气缸，浮动辊电位器；

其后，根据预设气缸压力，使料带上的张力与气缸作用力保持平衡，使所述浮动辊处于中央位置；

其后，当张力变化时，所述浮动辊位置会上升或下降，所述摆杆将转动带动所述浮动辊电位器一起转动，所述浮动辊电位器检测出所述浮动辊位置变化，并将位置信号反馈到所述张力控制器；

其后，所述张力控制器经计算并输出控制信号，控制所述伺服驱动装置进行纠偏，使所述浮动辊恢复到平衡位置。

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