摘要：改革开放以来，印刷包装业取得了长足发展，再加上入世以后国际和国内市场的需要，都要求我国的印刷包装机械和包装工艺的质量要有明显的提高和改善。特别是一些涂布复合设备的制造，大多数都是根据客户要求单件定做，这就不仅要求涂布设备的制造企业具有很强的机械设计实力，同时能够提供稳定的张力控制系统。在现代制造产业中，张力控制系统已经成为包括涂布行业在内的多个行业的共性技术之一。尤其在太阳能背板、集成电路、光学膜等精密涂布行业，高精度张力控制系统已经成为支撑性的关键技术。
关键词：涂布机；张力控制系统；光学膜
引言
涂布产品的需求量因为包装工业的高速发展而日益增大，因此部分厂商为提升市场竞争力，对涂布机系统进行技术升级与改造，从而对传统涂布工艺进行升级，进而提升涂布质量与产量，并且可以增加涂布的样式与花色。此外，控制涂布机系统的张力是改造过程中的关键，并且产品的数量、质量、涂布基带的物理特性、基带的使用年限等均与涂布机系统中的张力大小有直接联系。因此，科学、合理的控制涂布机张力大小对于提升生产厂家的经济效益有至关重要的作用。
1涂布机的组成部分
涂布机主要由放料单元、储料单元、涂布头、复合单元以及收料等单元组成。
2涂布生产过程
放卷辊、涂布辊、牵引辊、烘箱和收卷辊等是涂布机主要的机械结构。完整的生产过程：在放卷辊上放置待涂的基带，通常为白纸或塑料薄膜，随后在导向辊的作用后，基带被拉到涂布辊与橡胶辊的中部，紧接着基带在压缩空气的作用下压紧与涂布辊上，并在料池中将涂布辊的下部浸入，涂料在涂布电机转动过程中会吸附在涂布辊表面，随后其与压紧的基带相接触，从而使基带中吸附涂布辊中的燃料，随后牵引电机将涂好的潮湿基带送入烘箱中完成干燥作业，涂料在出烘箱后呈现烘干状态，最后将收卷辊收成整卷，涂布过程便完成。
3张力控制系统的工作原理
在涂布机的张力控制系统中，PLC是整个系统的核心部分。工作时在触摸屏上设定工作参数，这些参数通过紫色电缆写到PLC的相应寄存器。当设备运行速度发生变化以及收放卷材料的直径发生变化时，PLC中相应的寄存器数据也写入触摸屏中，由触摸屏显示出来。系统中主要执行元件的动作均由PLC的输出点控制。PLC根据设计要求，时刻调整输出指令。张力检测机构的工作通过摆辊和电位器来实现，摆辊和电位器通过齿轮来连接。当张力发生变化时，摆辊发生摆动，电位器的电压值随之发生变化。当张力设定值和张力的反馈值相同时，摆辊处在机械结构的中间位置，电位器P+和PG之间的电压为+10V，P-和PG之间的电压为-10V，U和P G之间的电压为0V。当摆辊发生摆动时，电位器的值即U和P G之间的电压也发生相应的变化，达到张力检测的目的。控制执行机构随之发生相应的改变，从而达到控制张力稳定的目的。
4 张力控制系统各部分功能
4.1 放料单元
通常来讲，涂布机由两个或多个放料单元组成，其中，本文所列举的涂布机第一放料单元为被动放料。磁粉、张力控制器以及张力检测传感器是被动放料单元的重要组成部分。此外，由于涂布机放料单元技术比较成熟可靠，可以确保放料牵引与放料单元之间的张力可以稳定保持。主动放料为第二放料单元，放料摆辊会因为放卷卷径的逐渐变小而不断参与控制。PLC 会对放卷卷径进行精确计算，从而加快工作电极的运转速度，以便确保张力可以稳定控制。另外，电机的轻微调整可以通过 PID 控制得以实现。
4.2放料储料架
放料储料架是为了实现放料的零速接料。由于涂布基材的成本比较高，同时基材要求张力比较大，以及涂布工艺的特殊性，普通的搭接可能满足不了生产的要求，因此，涂布机就有了不同于其他印刷设备的储料架单元。正常情况下，放料储料架应该储满基材，当放卷需要换料时就可以直接进行。当设备启动时，应该先判断放料储料架的位置，如果储料架不在储满料状态，就应该先让储料架自动上升储满基材，做好接料准备工作。
当放料部需要换料时，按下接料按钮，此时放料储料架开始加速，同时放料牵引开始减速，在这个过程中，放料牵引摆辊控制放料牵引电机，储料架电机跟随主机的速度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当放料储料架的速度跟主机速度相同时，放料牵引的速度减为零速。此时放料牵引摆辊由原来控制放料牵引电机切换为控制储料架电机，从而保证放料张力的稳定性。然后就可以进行零速接料了。完成接料工作后，按下接料完成按钮，放料储料架开始减速，放料牵引开始加速，同时放料牵引摆辊开始控制放料牵引电机。
当放料储料架的速度减为零速时，放料牵引电机速度为主机速度。然后放料储料架以一定的速度开始储料，放料储料架由零速开始加速，直到设定速度。此时放料牵引电机要在主机速度的基础上加上放料储料架的上升速度，以满足放料张力的稳定。当放料储料架储料快满时，放料储料架开始由匀速减速，直到速度减为零。当放料储料架开始减速时，放料牵引也开始减速，放料储料架速度为零时，放料牵引的速度与主机同步。
这样就完成了一次接料过程。在这个过程中，从放料牵引到涂胶部张力始终是稳定的，不但满足了涂布工艺的要求，还实现了张力的实时稳定控制。
4.3 涂胶部
由于涂胶辊具有固定不变的周长，因此涂布机主机速度加上摆辊的调节速度便是涂胶辊电机的转速。此外，涂胶单元到符合单元之间的张力可以通过涂布机中内部变频器的 PID 模块进行调节。
4.4 复合部
涂布机的主机便是所谓的复合部，并且主机速度与复合部速度相一致，其它电机与复合电机呈跟随状态。
4.5收料储料架及收料单元
由于涂布机的工艺各种各样，收料时预驱轴应处于静止状态，因此就要求涂布机具有收料储料架机构。设备正常运行时收料储料架应该在储料机构的下端。当设备启动时，应该先判断收料储料架的位置，如果储料架不在下端，就应该先让储料架自动以一定的速度下降，做好接料准备工作。
当收料轴需要换料时，按下接料按钮，此时收料储料架从零开始加速，同时收料牵引和收料当前轴开始减速，在这个过程中，收料牵引摆辊控制收料牵引电机，收料储料架电机跟随主机的速度。当收料储料架的速度跟主机速度相同时，收料牵引和收料当前轴的速度减为零速。此时收料牵引摆辊由原来控制收料牵引电机切换为控制储料架电机，从而保证收料张力的稳定性。然后收料刀架进行相应的动作，完成接料工作。当收料动作完成，收料大臂落下后，收料储料架开始减速，收料牵引和收料轴开始加速，同时收料牵引摆辊开始控制收料牵引电机。
当收料储料架的速度减为零速时，收料牵引电机和收料轴速度为主机速度。然后收料储料架以一定的速度开始向下加速，直到设定速度。此时收料牵引电机和收料轴要在主机速度的基础上加上收料储料架的下降速度，以满足复合单元到收料储料架，收料储料架到收料部的张力稳定。当收料储料架快到位时，收料储料架开始由匀速减速，直到速度为零。当放料储料架开始减速时，放料牵引和收料轴也开始减速，收料储料架速度为零时，收料牵引和收料轴与主机同步，这样就完成了一次接料过程。在这个过程中，从复合单元到收料牵引以及收料牵引到收料轴的张力始终是稳定的。
5 涂布机张力控制系统中新型技术的应用
5.1 回转架转动多段速的应用
张力会在回转架工作过程中有较大影响，特别是当停止与启动回转架时影响最大。此外，由于停止与气动过程属于动 - 静转换过程，因此为了确保张力在回转架转动过程中保持稳定，可以通过应用变频技术来延长加减速的时间，以便保证达到整个回转过程中张力的稳定的目的。
5.2 压辊离合压时单独 PID 的应用
由于在涂布过程中料长会在压辊离合压过程中而出现一定程度的改变，所以张力会在此过程中难以保持平衡，因此需要一个单独且可靠的 PID 来实现张力稳定控制的目的。与此同时，如果离合压和稳态时共同一套 PID，将会在一定程度上增加系统建立张力稳定的时间，所以选择单独 PID 来负责张力控制系统离合压，可以大为减少系统对于张力建立的时间。
5.3 控制器位置控制的应用
通常情况下，涂布机所使用的材料比较厚，为了提高裁切质量，收料部主要采用零速接料的方法，这种方法需要在收料牵引前加储料架，在储料时，根据储料架电机的运行记忆储料架上升的位置。再根据主机的运行速度与运行位置，决定储料架的加速度。
6结束语
张力控制系统是涂布机的关键技术，提高涂布机张力系统的稳定性以及国产化率是非常重要的，是提高国产涂布机质量且赶上世界先进水平的必要途径。
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论文作者:杨超群
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第15期
论文发表时间:2018/11/2
标签：速度论文; 涂布论文; 电机论文; 涂布机论文; 控制系统论文; 单元论文; 基带论文; 《建筑学研究前沿》2018年第15期论文;