王 安，高春梅

（樂(lè)凱光電材料有限公司 江蘇 宿遷 223802）

0 引言

三醋酸纖維素（triacetyl cellulose，TAC）膜生產(chǎn)是用二氯甲烷等有機(jī)溶劑將三醋酸纖維素溶解后，采用流延拉伸干燥成膜的一種工藝［1-2］。 其中收卷為整個(gè)工藝流程的最后一道工序，卷材良好的緊實(shí)度和外觀對(duì)后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量影響較大。 收卷過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)為收卷張力，收卷張力過(guò)大，片材發(fā)緊，容易出現(xiàn)起棱、黑帶等產(chǎn)品弊??；收卷張力過(guò)小，片材發(fā)松，膜層中夾帶空氣，容易出現(xiàn)跑偏、塌坑等產(chǎn)品弊?。?］。 穩(wěn)定精準(zhǔn)的收卷張力對(duì)薄膜等卷材的收卷起著至關(guān)重要的作用，下文對(duì)不同類型的收卷張力控制方式的原理進(jìn)行對(duì)比分析。

1 收卷張力控制方式

1.1 機(jī)械張力控制

機(jī)械張力控制主要采用盤式制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)收卷過(guò)程中扭矩恒定。 基本原理如圖1 所示，傳動(dòng)軸與收卷電機(jī)連接，收卷電機(jī)以恒定速度轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)收卷軸收卷薄膜時(shí)，由于動(dòng)摩擦盤和靜摩擦盤之間摩擦力矩恒定，該摩擦力矩又與薄膜收卷張力力矩相同［4］，隨著收卷直徑的增加，收卷張力逐漸減小，從而實(shí)現(xiàn)薄膜的變張力收卷。

圖1 盤式制動(dòng)器原理簡(jiǎn)圖

收卷初張力只能通過(guò)調(diào)整動(dòng)摩擦盤和靜摩擦盤之間摩擦力矩實(shí)現(xiàn)，不能自動(dòng)設(shè)定并且控制精度較低，常用于造價(jià)低并且控制精度要求不高的薄膜材料收卷。

1.2 電氣張力控制

電氣收卷張力控制，利用比例積分微分控制（proportional-integral-derivative control，PID 控制）功能控制收卷機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)薄膜的收卷。 其基本原理如圖2 所示，采用張力傳感器檢測(cè)片路的張力，此外為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制還需實(shí)時(shí)測(cè)量收卷直徑和收卷速度。 利用可編程控制器PID 功能將檢測(cè)值和程序計(jì)算值進(jìn)行比對(duì)，動(dòng)態(tài)輸出控制信號(hào)調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)薄膜張力的精準(zhǔn)控制。

圖2 電氣收卷張力控制原理簡(jiǎn)圖

張力控制的穩(wěn)定性關(guān)鍵在于其PID 模型的控制精度。傳統(tǒng)PID 控制性能只由比例、積分和微分三個(gè)環(huán)節(jié)參數(shù)決定，其適應(yīng)范圍較窄，具有一定的局限性。 基于上述情況，有研究學(xué)者在考慮到轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償、設(shè)備精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間等自行優(yōu)化的PID 模型［5-7］，雖然很好地提高了系統(tǒng)控制精度，但是并不完全適合復(fù)雜多變量，并且無(wú)法確定精確數(shù)學(xué)模型的控制系統(tǒng)。 模糊控制或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的PID算法可很好地解決復(fù)雜控制系統(tǒng)控制精度問(wèn)題，其通過(guò)人為制定模糊控制規(guī)則和機(jī)器自身數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的自適應(yīng)整定，以滿足復(fù)雜多變量的控制要求［8-9］，具有良好的控制精度，超調(diào)和滯后性低，以及較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、優(yōu)良的抗干擾和系統(tǒng)震蕩性，目前在張力控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

2 結(jié)語(yǔ)

目前樂(lè)凱TAC 膜采用的是電氣收卷張力控制，可編程控制器型號(hào)為S7-300PLC，PID 控制采用系統(tǒng)自帶的功能塊，控制參數(shù)為生產(chǎn)線試車期間多次調(diào)整確定。 由于生產(chǎn)薄膜片種、車速、片厚的差異，難以確定某一組最合適PID 參數(shù)，并且目前收卷張力不穩(wěn)定狀態(tài)一直頻發(fā)，尤其在升降車速時(shí)，收卷張力波動(dòng)值可達(dá)到±10 N，對(duì)收卷質(zhì)量有一定影響。 自編寫的卷徑計(jì)算程序、錐度計(jì)算程序和PID 功能塊之間的匹配性和補(bǔ)償性較差。

基于上述情況，模糊控制或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)PID 張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，對(duì)改善樂(lè)凱TAC 膜收卷質(zhì)量，具有很強(qiáng)的應(yīng)用需求。