CN106514919A - 一种塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，包括钢带、驱动辊、张紧冷辊、机座、液压系统和PLC控制系统。液压系统包括左、右液压缸及其压力传感器、位移传感器和液压站；PLC控制系统包括多个PID环及AO模块，通过PID运算分别控制左、右液压缸活塞的运动，从而带动张紧冷辊两个轴端的移动，实现对钢带进行纠偏与张紧。在钢带的一侧边缘设置边缘检测传感器,实时检测钢带偏移量。在钢带两侧设置极限位置接近开关，对钢带进行保护。本系统还设置有手动控制模式，直接对左右液压缸设定输出压力值。本发明有效保证钢带运行时的偏移值在一个固定范围内，同时保证钢带张紧力的恒定，显著提高了钢带运行的一致性和流延厚片的质量。

Description

一种塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统
技术领域
本发明涉及一种塑料薄膜流延机技术领域，具体为一种塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，对钢带运行过程中产生及累积的偏差进行实时纠偏，并保持钢带的张紧状态。
背景技术
流延是塑料薄膜厚片的主要成型工艺之一，其主要是高温塑料树脂溶液经模头成型后流延贴附在平面钢带上，厚片随着钢带行走进行冷却成型。钢带行走的一致性和稳定性决定了流延薄膜厚片的质量，为此需要一套精密的钢带检测与纠偏系统进行保证，近年已有一些有关钢带检测与纠偏系统的专利申请。
如，在中国专利《一种萜烯树脂造粒钢带纠偏系统》(授权公告号为“CN204587882U”，授权公告日为2015.08.26)公开了以下结构：所述造粒头两侧设有距离传感器，所述钢带下方还设有张力传感器，所述距离传感器、张力传感器、电机、液压缸均与控制系统连接。该系统大致实现了钢带的纠偏与张紧，但其采用了两套距离传感器和一套较复杂的张力传感器，其成本较高，安装困难。
在中国专利《远距离输送高温物料冷却成型机钢带纠偏系统》(授权公告号为“CN102060174B”，授权公告日为2012.08.29)公开的方案为：靠近从动轮钢带两侧底部分别设置限位开关，靠近主动轮两侧顶部也分别设置限位开关，各限位开关与报警器连接；从动轮靠近气缸侧底部设置光电传感器，主动轮靠近液压缸侧顶部设置光电传感器，分别检测钢带跑偏量；所有传感器和限位开关报警器经PLC与上位计算机连接。该系统实现的是主动轮和从动轮钢带纠偏两个闭环控制系统，且设置了托辊和压辊，系统较复杂，检测传感器较多，费用昂贵，较适合远距离输送钢带。
发明内容
本发明的目的是设计一种塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，边缘检测传感器安装于钢带边缘，实时检测钢带边缘与标准位置的误差，结合PLC自动控制系统对钢带实时进行调整纠偏，同时控制保持钢带的张紧状态，提高钢带行走的一致性和稳定性，从而提高流延薄膜厚片质量。
本发明设计的一种塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统包括钢带、驱动辊、张紧冷辊、机座、液压系统和PLC控制系统；钢带带张紧力环绕于驱动辊和张紧冷辊，驱动辊和张紧冷辊的轴中心线相互平行,驱动辊安装于左右两侧的支撑固定座上，支撑固定座固定于机座上。张紧冷辊的两个轴端安装于左右两侧的支撑滑动座上，每侧的支撑滑动座包括轴承座、滑块和直线导轨，支撑滑动座上方为轴承座，张紧冷辊的两个轴端通过轴承安装于轴承座内，直线导轨安装于流延机组机座上，直线导轨与通过张紧冷辊的轴中心线的竖直平面垂直，支撑滑动座经底部的滑块坐在直线导轨上，滑块与直线导轨配合，以在导轨上滑动。
所述液压系统包括左、右液压缸以及它们的左、右液压缸支座，左液压缸和右液压缸的活塞杆分别同张紧冷辊的左、右两侧支撑滑动座相连，左、右液压缸的缸筒分别固定于左、右液压缸支座，左、右液压缸支座固定安装于流延机组机座上。PLC控制系统连接液压站，液压站内的各电磁比例阀和溢流阀分别通过液压管路连接左、右液压缸。PLC控制系统通过液压站的各电磁比例阀和溢流阀分别控制左、右液压缸的输出压力，即分别控制左液压缸和/或右液压缸活塞的运动，左液压缸和/或右液压缸的活塞杆带动左和/或右侧张紧冷辊的支撑滑动座在直线导轨上移动。
在驱动辊和张紧冷辊之间的钢带的一侧边缘设置边缘检测传感器,边缘检测传感器有一对探头，分别布置于钢带边缘的上、下两侧。当钢带处于正中位置，即钢带两侧边缘与垂直张紧冷辊的纵向中心线的距离相等，此为钢带边缘的中间位置，边缘检测传感器最大可测偏移行程为±25mm。边缘检测传感器上、下探头的对称中心线处于钢带边缘中间位置的同一铅垂平面上，边缘检测传感器的信号输出端连接PLC控制系统。边缘检测传感器检测钢带运行时钢带边缘与中间位置的偏移量，并将钢带偏移量信号实时送到PLC控制系统，PLC控制系统根据钢带偏移量驱动液压站动作，控制各电磁比例阀，调整进入左液压缸和右液压缸前后腔的液压油的压力，驱动左液压缸和右液压缸活塞的运动，控制张紧冷辊的支撑滑动座在直线导轨上移动，使钢带的跑偏控制在阈值内。
边缘检测传感器的探头成对安装于传感器支架上，传感器支架固定于流延机组机座上，传感器支架有横向左右调节结构和竖向上下调节结构，以便于调节边缘检测传感器探头位置。
边缘检测传感器的探头在钢带旋转一周平均采样45～55次，即为50次堆栈先入先出滤波，避免偶然干扰造成的钢带运行中边缘偏移的误报。
左、右液压缸的前、后腔分别安装有压力传感器，且分别与PLC控制系统连接，以使钢带保持适当张紧力。当任一个液压缸压力过大超过最大压力阈值、或压力过小低于最小压力阈值、或两个液压缸之间的压差大于压差阈值，PLC控制系统将此时的压力信号送至控制流涎机组的控制中心，控制中心报警同时停止驱动辊的驱动电机，使钢带停止运转。
本发明还在钢带左右两侧设置极限位置接近开关，极限位置接近开关的信号端连接PLC控制系统。当上述纠偏系统无法成功纠正钢带偏移，钢带偏移到极限位置接近开关处，极限位置接近开关发出信号，PLC控制系统将此信号送至控制流涎机组的控制中心，控制中心报警同时停止驱动辊的驱动电机，使钢带停止运转。
所述极限位置接近开关为光电传感器，其位置根据钢带运行的情况可调节。
所述左、右液压缸活塞杆均安装有位移传感器，位移传感器的信号端连接PLC控制系统。当检测到任一个液压缸的活塞杆伸出位移量超过最大阈值或者低于最小阈值，或者左、右液压缸活塞杆伸出位移差超过最大预设值时，PLC控制系统将此位移信号送至控制流涎机组的控制中心，控制中心报警同时停止驱动辊的驱动电机，使钢带停止运转，并且打开左、右液压缸液压管路上的溢流阀，泄压，以保证流涎机的安全。
本发明的PLC控制系统包括依次相联的钢带偏移量P ID环(比例-积分-微分闭环控制器)、液压缸活塞杆伸出位移量PID环、左右液压缸压力控制PID环以及AO模块(模拟量输出模块)。所述AO模块连接液压站内的各电磁比例阀，控制液压缸的动作。
在PLC控制系统自动控制时，钢带偏移量PID环根据钢带边缘检测传感器当前的钢带偏移量，进行PID运算，得出液压缸活塞杆伸出位移量。
液压缸伸出位移量PID环，根据钢带偏移量PID环得到的液压缸活塞杆伸出位移量，并根据左、右液压缸的位移传感器所测两个液压缸活塞杆伸出位移差，进行PID运算，得出使液压缸动作的前、后腔压力差值。
液压缸压力控制PID环以所得的使液压缸动作的压力差值作为液压缸压力设定值的调节增减量，计算左液压缸、右液压缸当前的给定压力值，当压力差值为正时，左液压缸压力设定值加上这个压力差值，右液压缸压力设定值减去这个压力差值，再用以上计算结果分别同左液压缸前后腔压力传感器的压力差和右液压缸前后腔压力传感器的压力差进行PID运算，得出左右液压缸的动作信号，送到液压站内的各电磁比例阀，控制左、右液压缸的输出压力等于当前给定压力。
本系统手动控制时，直接在PLC控制系统的左右液压缸压力控制PID环的压力给定端设定左、右液压缸输出压力值，此时钢带边缘检测传感器和液压缸的位移传感器不起作用，但液压缸的位移传感器检测到任一个液压缸的活塞杆伸出位移量超过最大阈值或者低于最小阈值，或者左、右液压缸活塞杆伸出位移差超过最大预设值时，向PLC控制系统传递相关信号，以起保护作用。另外，手动控制时，若钢带偏移到钢带左右两侧的极限位置接近开关处，也将向PLC控制系统发出信号，以及时保护，即手动控制时仍有双重保护。
与现有技术相比，本发明一种塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统的优点为：1、钢带边缘传感器可以实时获取钢带具体的偏移量，据此PLC控制系统可计算得到当前纠偏所需的压力差值，从而及时调整左右液压缸前后腔压力，保证钢带运行时的偏移值在一个固定范围内，同时还保证了钢带张紧力恒定，显著提高了钢带运行的一致性和流延厚片的质量；2、钢带边缘传感器的探头采用50次堆栈先入先出滤波，排除偶然干扰造成的钢带运行的影响；3、钢带边缘传感器替代机械限位开关和单光束的光电传感器，安装使用更为简便，检测精度更高，响应更快。
附图说明
图1为本塑料薄膜流延机组钢带的纠偏装置实施例的整体结构示意图；
图2为图1中A-A方向剖视示意图；
图3为PLC多闭环控制系统原理示意图；
图中标号为：
1.钢带，2.张紧冷辊，3.机座，4.边缘检测传感器，4-1.传感器支架，4-2.传感器探头，5.液压缸支座，6.液压缸，7.极限位置接近开关，8.支撑滑动座，8-1.轴承座，8-2.滑块，8-3.直线导轨，M.中间位置
具体实施方式
本塑料薄膜流延机组钢带的纠偏装置实施例如图1、图2所示，包括钢带1、驱动辊、张紧冷辊2、机座3、液压系统和PLC控制系统；钢带1带张紧力环绕于驱动辊和张紧冷辊2，驱动辊和张紧冷辊2的轴中心线相互平行,驱动辊安装于左右两侧的支撑固定座上，支撑固定座固定于机座3上。张紧冷辊2的两个轴端安装于左右两侧的支撑滑动座8上，每侧的支撑滑动座8包括轴承座8-1、滑块8-2和直线导轨8-3，支撑滑动座8上方为轴承座8-1，张紧冷辊2的两个轴端通过轴承安装于轴承座8-1内，直线导轨8-3安装于流延机组机座3上，直线导轨8-3与通过张紧冷辊2的轴中心线的竖直平面垂直，支撑滑动座8经底部的滑块8-2坐在直线导轨8-3上，滑块8-2与直线导轨8-3配合。
本例液压系统包括左、右液压缸6以及它们的左、右液压缸支座5，左液压缸6和右液压缸6的活塞杆分别同张紧冷辊2的左、右两侧支撑滑动座8相连，左、右液压缸6的缸筒分别固定于左、右液压缸支座5，左、右液压缸支座5固定安装于流延机组机座3上。PLC控制系统连接液压站，液压站内的各电磁比例阀和溢流阀分别通过液压管路连接左、右液压缸6。PLC控制系统通过液压站的各电磁比例阀和溢流阀分别控制左、右液压缸6的输出压力，即分别控制左液压缸6和/或右液压缸6活塞的运动，左液压缸6和/或右液压缸6的活塞杆带动左和/或右侧张紧冷辊2的支撑滑动座8在直线导轨8-3上移动。
在驱动辊和张紧冷辊2之间的钢带1的一侧边缘设置边缘检测传感器4,边缘检测传感器4有一对探头，分别布置于钢带1边缘的上、下两侧。当钢带1处于正中位置M，即钢带1两侧边缘与垂直张紧冷辊2的纵向中心线的距离相等，此为钢带1边缘的中间位置M，边缘检测传感器4最大可测偏移行程为±25mm。边缘检测传感器4上、下探头4-2的对称中心线处于钢带1边缘中间位置的同一铅垂平面上，边缘检测传感器4的信号输出端连接PLC控制系统。边缘检测传感器4检测钢带1运行时钢带1边缘与中间位置M的偏移量，并将钢带1偏移量信号实时送到PLC控制系统，PLC控制系统根据钢带1偏移量驱动液压站动作，控制液压站内的各电磁比例阀，调整进入左液压缸6和右液压缸6前后腔的液压油的压力，驱动左液压缸6和右液压缸6活塞的运动，控制张紧冷辊2的支撑滑动座8在直线导轨8-3上移动，使钢带1的跑偏控制在阈值内。
边缘检测传感器4的探头4-2成对安装于传感器支架4-1上，传感器支架4-1固定于流延机组机座3上，传感器支架4-1有横向左右调节结构和竖向上下调节结构。
边缘检测传感器4的探头4-2在钢带1旋转一周平均采样45～55次，即为50次堆栈先入先出滤波。
左、右液压缸6的前、后腔分别安装有压力传感器，且分别与PLC控制系统连接。当任一个液压缸6压力过大超过最大压力阈值、或压力过小低于最小压力阈值、或两个液压缸6间的压差大于压差阈值，PLC控制系统将此时的压力信号送至控制流涎机组的控制中心，控制中心报警同时停止驱动辊的驱动电机，使钢带停止运转。
本例还在钢带1左右两侧设置极限位置接近开关7，极限位置接近开关7的信号端连接PLC控制系统。当钢带1偏移到极限位置接近开关7处，极限位置接近开关7发出信号，PLC控制系统将此信号送至控制流涎机组的控制中心，控制中心报警同时停止驱动辊的驱动电机，使钢带1停止运转。
本例极限位置接近开关7为光电传感器，其位置根据钢带1运行的情况可调节。
本例左、右液压缸6活塞杆均安装有位移传感器，位移传感器的信号端连接PLC控制系统。当检测到任一个液压缸6的活塞杆伸出位移量超过最大阈值或者低于最小阈值，或者左、右液压缸6活塞杆伸出位移差超过最大预设值时，PLC控制系统将此位移信号送至控制流涎机组的控制中心，控制中心报警同时停止驱动辊的驱动电机，使钢带1停止运转，并且打开液压站内的溢流阀，泄压。
本例PLC控制系统包括依次相联的钢带偏移量PID环(比例-积分-微分闭环控制器)、液压缸活塞杆伸出位移量PID环、左右液压缸压力控制PID环以及AO模块(模拟量输出模块)。所述AO模块连接液压站内的各电磁比例阀，控制液压缸6的动作。
在PLC控制系统自动控制时，钢带偏移量PID环根据钢带边缘检测传感器4当前的钢带偏移量，进行PID运算，得出液压缸活塞杆伸出位移量。
液压缸伸出位移量PID环，根据钢带偏移量PID环得到的液压缸活塞杆伸出位移量，并根据左、右液压缸6的位移传感器所测两个液压缸活塞杆伸出位移差，进行PID运算，得出使液压缸6动作的前、后腔压力差值。
液压缸压力控制PID环以所得的使液压缸6动作的压力差值作为液压缸6压力设定值的调节增减量，计算左液压缸6、右液压缸6当前的给定压力值，当压力差值为正时，左液压缸6压力设定值加上这个压力差值，右液压缸6压力设定值减去这个压力差值，再用以上计算结果分别同左液压缸6前后腔压力传感器的压力差和右液压缸6前后腔压力传感器的压力差进行PID运算，得出左右液压缸6的动作信号，送到液压站内的各电磁比例阀，控制左、右液压缸6的输出压力等于当前给定压力。
本系统手动控制时，直接在PLC控制系统的左右液压缸6压力控制PID环的压力给定端设定左、右液压缸6输出压力值，此时钢带边缘检测传感器4和液压缸6的位移传感器不起作用，但液压缸6的位移传感器检测到任一个液压缸6的活塞杆伸出位移量超过最大阈值或者低于最小阈值，或者左、右液压缸6活塞杆伸出位移差超过最大预设值时，向PLC控制系统传递相关信号，以起保护作用。另外，手动控制时，若钢带偏移到钢带左右两侧的极限位置接近开关7处，也将向PLC控制系统发出信号，以及时保护，即手动控制时仍有双重保护。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，包括钢带(1)、驱动辊、张紧冷辊(2)、机座(3)、液压系统和PLC控制系统；钢带(1)带张紧力环绕于驱动辊和张紧冷辊(2)，驱动辊和张紧冷辊(2)的轴中心线相互平行,驱动辊安装于左右两侧的支撑固定座上，支撑固定座固定于机座(3)上；其特征在于：
所述张紧冷辊(2)的两个轴端安装于左右两侧的支撑滑动座(8)上，每侧的支撑滑动座(8)包括轴承座(8-1)、滑块(8-2)和直线导轨(8-3)，支撑滑动座(8)上方为轴承座(8-1)，张紧冷辊(2)的两个轴端通过轴承安装于轴承座(8-1)内，直线导轨(8-3)安装于流延机组机座(3)上，直线导轨(8-3)与通过张紧冷辊(2)的轴中心线的竖直平面垂直，支撑滑动座(8)经底部的滑块(8-2)坐在直线导轨(8-3)上，滑块(8-2)与直线导轨(8-3)配合；
所述液压系统包括左、右液压缸(6)以及它们的左、右液压缸支座(5)，左液压缸(6)和右液压缸(6)的活塞杆分别同张紧冷辊(2)的左、右两侧支撑滑动座(8)相连，左、右液压缸(6)的缸筒分别固定于左、右液压缸支座(5)，左、右液压缸支座(5)固定安装于流延机组机座(3)上，PLC控制系统连接液压站，液压站内的各电磁比例阀和溢流阀分别通过液压管路连接左、右液压缸(6)；
在驱动辊和张紧冷辊(2)之间的钢带(1)的一侧边缘设置边缘检测传感器(4),边缘检测传感器(4)有一对探头(4-2)，分别布置于钢带(1)边缘的上、下两侧；当钢带(1)处于正中位置(M)，即钢带(1)两侧边缘与垂直张紧冷辊的纵向中心线的距离相等，此为钢带(1)边缘的中间位置(M)，边缘检测传感器(4)上、下探头(4-2)的对称中心线处于钢带(1)边缘中间位置(M)的同一铅垂平面上，边缘检测传感器(4)的信号输出端连接PLC控制系统。
2.根据权利要求1所述的塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，其特征在于：
所述边缘检测传感器(4)最大测偏移行程为±25mm。
3.根据权利要求1所述的塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，其特征在于：
所述边缘检测传感器(4)的探头(4-2)成对安装于传感器支架(4-1)上，传感器支架(4-1)固定于流延机组机座(3)上，传感器支架(4-1)有横向左右调节结构和竖向上下调节结构。
4.根据权利要求1所述的塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，其特征在于：
所述边缘检测传感器(4)的探头(4-2)在钢带(1)旋转一周平均采样45～55次。
5.根据权利要求1所述的塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，其特征在于：
所述左、右液压缸(6)的前、后腔分别安装压力传感器，分别与PLC控制系统连接，当任一个液压缸(6)压力过大超过最大压力阈值、或压力过小低于最小压力阈值、或两个液压缸(6)之间的压差大于压差阈值，PLC控制系统将此时的压力信号送至控制流涎机组的控制中心，控制中心报警同时停止驱动辊的驱动电机，使钢带(1)停止运转。
6.根据权利要求5所述的塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，其特征在于：
所述钢带(1)左右两侧均设置极限位置接近开关(7)，极限位置接近开关(7)的信号端连接PLC控制系统；当钢带(1)偏移到极限位置接近开关(7)处，极限位置接近开关(7)发出信号，PLC控制系统将此信号送至控制流涎机组的控制中心，控制中心报警同时停止驱动辊的驱动电机，使钢带(1)停止运转。
7.根据权利要求6所述的塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，其特征在于：
所述极限位置接近开关(7)为光电传感器。
8.根据权利要求6所述的塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，其特征在于：
所述左、右液压缸(6)活塞杆均安装有位移传感器，位移传感器的信号端连接PLC控制系统；当检测到任一个液压缸(6)的活塞杆伸出位移量超过最大阈值或者低于最小阈值，或者左、右液压缸(6)活塞杆伸出位移差超过最大预设值时，PLC控制系统将此位移信号送至控制流涎机组的控制中心，控制中心报警同时停止驱动辊的驱动电机，使钢带(1)停止运转，并且打开液压站内的溢流阀，泄压。
9.根据权利要求8所述的塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，其特征在于：
所述PLC控制系统包括依次相联的钢带偏移量PID环、液压缸活塞杆伸出位移量PID环、左右液压缸压力控制PID环以及AO模块；所述AO模块连接液压站内的各电磁比例阀，控制液压缸(6)的动作；
在PLC控制系统自动控制时，所述钢带偏移量PID环根据钢带边缘检测传感器(4)当前的钢带偏移量，进行PID运算，得出液压缸(6)活塞杆伸出位移量；
所述液压缸伸出位移量PID环，根据钢带偏移量PID环得到的液压缸活塞杆伸出位移量，并根据左、右液压缸(6)的位移传感器所测2个液压缸活塞杆伸出位移差，进行PID运算，得出使液压缸(6)动作的前、后腔压力差值；
所述液压缸压力控制PID环以所得的使液压缸(6)动作的压力差值作为液压缸(6)压力设定值的调节增减量，计算左液压缸(6)、右液压缸(6)当前的给定压力值，当压力差值为正时，左液压缸(6)压力设定值加上这个压力差值，右液压缸(6)压力设定值减去这个压力差值，再用以上计算结果分别同左液压缸(6)前后腔压力传感器的压力差和右液压缸(6)前后腔压力传感器的压力差进行PID运算，得出左右液压缸(6)的动作信号，送到液压站内的各电磁比例阀，控制左、右液压缸(6)的输出压力等于当前给定压力。
10.根据权利要求8所述的塑料薄膜流延机组钢带的张紧与纠偏系统，其特征在于：
本系统手动控制时，直接在PLC控制系统的左右液压缸压力控制PID环的压力给定端设定左、右液压缸(6)输出压力值，此时液压缸(6)的位移传感器检测到任一个液压缸(6)的活塞杆伸出位移量超过最大阈值或者低于最小阈值，或者左、右液压缸(6)活塞杆伸出位移差超过最大预设值时，向PLC控制系统传递相关信号；当钢带(1)偏移到钢带(1)左右两侧的极限位置接近开关(7)处，也向PLC控制系统发出信号。
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