趙曉明

（青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266404）

1 成型機(jī)組成

全自動帶胚恒張力成型機(jī)主要由以下幾大部分組成：壓合機(jī)構(gòu)、主卷取機(jī)構(gòu)、墊布卷取機(jī)構(gòu)、膠片卷取機(jī)構(gòu)、糾偏機(jī)構(gòu)等五大機(jī)構(gòu)組成?；鶐Ш湍z布從一側(cè)放出，經(jīng)過壓合輥壓合，在另一側(cè)卷取，一般成型線可同時壓合三層或更多層，但考慮到經(jīng)濟(jì)性和實際生產(chǎn)情況，一般最大同時壓合三層。圖1為一側(cè)的系統(tǒng)組成示意圖，另一側(cè)相同。

圖1 全自動帶胚成型機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）主卷取機(jī)構(gòu)。主卷取機(jī)構(gòu)用來收放基帶和生產(chǎn)的帶胚，由變頻電機(jī)、重型減速箱和安全卡套組成，主卷取機(jī)構(gòu)由一臺25KW張力變頻器驅(qū)動，在卷取帶胚或基帶時提供大小不一的張力控制，以滿足產(chǎn)品的質(zhì)量技術(shù)要求。

（2）墊布卷取機(jī)構(gòu)。墊布卷取機(jī)構(gòu)用來在運行中回收和釋放膠片墊布，主要由變頻電機(jī)、減速箱、安全卡套組成，由一臺3.7KW的張力變頻電機(jī)驅(qū)動，用來卷取墊布時產(chǎn)生相應(yīng)的張力。

（3）膠片卷取機(jī)構(gòu)。膠片卷取機(jī)構(gòu)用來收放膠片，主要有變頻電機(jī)、減速箱、空氣張力控制器、電控比例閥等組成，運行中通過控制空氣壓力，實現(xiàn)膠片上的張力控制。

（4）糾偏機(jī)構(gòu)。糾偏機(jī)構(gòu)由基帶糾偏裝置、膠布糾偏小車裝置組成，基帶糾偏由糾偏電機(jī)、糾偏輥、糾偏傳感器組成，用來在壓合前糾偏基帶和對生成的帶胚卷取進(jìn)行糾偏。糾偏小車用來對壓合前的膠片進(jìn)行糾偏，保證壓合時各層膠片和基帶居中對齊。

（5）壓合機(jī)構(gòu)。壓合機(jī)構(gòu)主要由工作平臺、壓合輥、導(dǎo)向架、裁邊裝置、貼膠裝置等組成，核心部分為壓合輥，兩層以上的膠片和基帶通過壓合輥被緊密的壓合在一起，生成帶胚。壓合輥由一臺15KW變頻器驅(qū)動，壓合輥的轉(zhuǎn)動速度即為整機(jī)的運行速度，其它各機(jī)構(gòu)的速度要根據(jù)壓合輥的運行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2 張力控制原理

全自動恒張力成型機(jī)的核心要點在于張力的控制，張力控制由三部分組成：①基帶放卷或帶胚卷取時的張力控制。②膠片放卷、壓合時的張力控制。③墊布卷取的張力控制。

這三部分的張力控制實現(xiàn)的原理方法完全不同?；鶐Х啪砘驇呔砣r的張力控制，由主卷取機(jī)構(gòu)和壓合機(jī)構(gòu)配合實現(xiàn)，通過張力變頻器對機(jī)構(gòu)速度的控制，實現(xiàn)基帶運行時的張力控制。膠片放卷、壓合時的張力控制由空氣張力控制器和壓合機(jī)構(gòu)配合實現(xiàn)，通過控制空氣壓力的大小來實現(xiàn)膠片放卷時的張力控制。墊布卷取的張力控制由張力變頻器來實現(xiàn)。

全自動恒張力成型機(jī)的核心在于張力控制，為了實現(xiàn)系統(tǒng)速度、張力、糾偏的全自動控制，確保張力恒定，我們采用了PLC+變頻器的控制系統(tǒng)。其中主卷取、墊布卷取的張力采用變頻器控制，膠布卷取采用電控比例閥控制的空氣張力控制器，以實現(xiàn)膠布張力的控制。通過主控PLC來實現(xiàn)速度、張力的輸出和控制。

為實現(xiàn)全自動、恒張力控制，我們采用了PLC+張力變頻器的控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)全系統(tǒng)速度、張力、糾偏的全自動控制。其中主卷取、墊布卷取的張力采用變頻器控制，膠布卷取采用電控比例閥控制的空氣張力器，來實現(xiàn)膠布張力的控制。通過主控PLC來實現(xiàn)速度、張力的輸出和控制。

在滿足產(chǎn)品實際需求的前提下考慮到設(shè)備成本，我們在成型機(jī)中采用了PLC+變頻器的開環(huán)張力控制系統(tǒng)，通過PLC模擬量模塊輸出0~5V的張力控制信號給變頻器，來實現(xiàn)壓合輥和主卷取、墊布卷取之間的張力控制，通過圈數(shù)檢測開關(guān)，自動調(diào)整張力大小，達(dá)到帶胚恒張力的要求，較好的實現(xiàn)了成本和質(zhì)量的平衡。

采用空氣張力控制器的控制張力模式，通過PLC模擬量模塊輸出0~5V的張力控制信號給電控比例閥，調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力，實現(xiàn)調(diào)整空氣張力控制器張力大小的要求。圖2為成型機(jī)張力控制示意圖。

圖2 成型機(jī)張力控制示意圖

3 糾偏控制原理

帶胚的糾偏控制是本系統(tǒng)的重點。在帶胚運行中，若沒有糾偏控制，膠片、基地之間的壓合將無法有效完成，帶胚的卷取就無法實現(xiàn)。

糾偏控制系統(tǒng)由基帶糾偏和膠片糾偏兩部分組成，基帶糾偏系統(tǒng)由糾偏傳感器、糾偏電機(jī)、糾偏輥組成，主要通過糾偏輥的擺向來完成。當(dāng)基帶糾偏傳感器檢測到基帶偏移設(shè)定位置時，PLC會通過糾偏電機(jī)控制糾偏輥偏轉(zhuǎn)，讓基帶回歸設(shè)定位置。膠片糾偏通過糾偏小車的左右擺動來完成。膠片糾偏主要通過糾偏小車的左右擺動來完成，糾偏小車運行時由糾偏傳感器檢測膠片位置，如果偏離設(shè)定位置，糾偏小車會向相反方向移動，帶動膠片返回設(shè)定位置。通過糾偏裝置的不斷擺動，保證基帶或膠片始終位于設(shè)定位置，擺動幅度可達(dá)正負(fù)2mm。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計

張力控制、糾偏控制是該系統(tǒng)的核心，通過比較測試，主導(dǎo)開機(jī)構(gòu)和墊布收放機(jī)構(gòu)采用帶張力控制功能的CIM-350變頻器驅(qū)動，選擇此變頻器是因為該型號變頻器具有內(nèi)置張力控制功能，可實現(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)張力控制，滿足成型機(jī)的設(shè)計要求，同時具有較高性價比。膠布導(dǎo)開機(jī)構(gòu)采用空氣制動盤驅(qū)動，采用0~5V模擬量控制的SMC的電控比例閥來實現(xiàn)膠布收放的張力控制。

為滿足系統(tǒng)需求，主導(dǎo)開機(jī)構(gòu)采用了2臺25KW變頻器，墊布收放機(jī)構(gòu)采用了6臺3KW的變頻器，膠布導(dǎo)開機(jī)構(gòu)采用了6臺空氣制動盤，壓合輥采用1臺普通15KW變頻器控制，并在壓合輥兩端安裝有拉繩位移傳感器，用來實時顯示、調(diào)整壓合輥間隙。為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，每臺變頻器額外增加了制動單元和制動電阻。

主控PLC采用三菱FX系列PLC，模擬量模塊采用FX2N-4AD和FX2N-4DA。人機(jī)界面采用觸摸屏來實現(xiàn)。糾偏機(jī)構(gòu)采用三菱PLC，配合糾偏傳感器和糾偏電機(jī)控制以實現(xiàn)正負(fù)2mm的糾偏精度。

為實現(xiàn)帶胚的恒張力控制，需要協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)的速度和張力，本系統(tǒng)中，以壓合輥變頻器的輸出速度為基準(zhǔn)，由壓合輥變頻器輸出0~5V的速度控制信號同步給各個機(jī)構(gòu)的變頻器，確保系統(tǒng)運行中各機(jī)構(gòu)速度的同步。在操作臺上設(shè)有速度控制按鈕，可以增加和減少系統(tǒng)運行速度，壓合輥變頻器的速度由主控PLC通過0~5V的模擬量信號控制。電氣系統(tǒng)總圖如圖3所示。

圖3 電氣系統(tǒng)總圖

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)分為PLC程序和觸摸屏程序，PLC程序用來實現(xiàn)成型機(jī)各機(jī)構(gòu)的驅(qū)動和信號接收，觸摸屏程序用來實現(xiàn)人機(jī)界面。

主控PLC程序分為南主放卷和北主放卷兩個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)包含完整的系統(tǒng)流程，各個子系統(tǒng)單獨啟動。

按下啟動按鈕后，PLC要檢測各機(jī)構(gòu)是否處于聯(lián)動狀態(tài)，如果有任何一個機(jī)構(gòu)沒在聯(lián)動狀態(tài)，系統(tǒng)會自動停止。檢測處于聯(lián)動狀態(tài)，系統(tǒng)立即啟動，牽引壓合輥運行，通過操作臺觸摸屏可實時修改牽引壓合輥的運行速度，其他各機(jī)構(gòu)根據(jù)壓合輥的運行速度自行調(diào)節(jié)自身速度參數(shù)，以實現(xiàn)整機(jī)速度的匹配。各機(jī)構(gòu)的張力值可在觸摸屏上實時修改，系統(tǒng)根據(jù)各機(jī)構(gòu)的張力值、速度自行調(diào)整。這樣就實現(xiàn)了成型機(jī)的全自動化運行。程序包含張力控制、糾偏控制、速度控制、故障檢測、產(chǎn)量統(tǒng)計等功能，并在觸摸屏上實時顯示各類參數(shù)值，便于操作人員高效、便捷的操控設(shè)備。程序總流程圖如圖4所示。

圖4 程序流程圖

牽引壓合變頻器的速度控制程序和張力控制程序如圖5所示。

圖5 速度、張力控制程序

6 系統(tǒng)調(diào)試及注意事項

本系統(tǒng)調(diào)試的難點在于張力控制調(diào)試，根據(jù)生產(chǎn)運行狀況，合理調(diào)整變頻器的參數(shù)，使其符合生產(chǎn)要求，并在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能的提高系統(tǒng)運行速度。

7 系統(tǒng)應(yīng)用

本系統(tǒng)已在數(shù)家輸送帶生產(chǎn)廠家投入使用。從使用情況來看，本系統(tǒng)完全滿足廠家的生產(chǎn)要求，提升了設(shè)備的使用率和完好率，既節(jié)約了生產(chǎn)成本又提高了產(chǎn)品質(zhì)量，在輸送帶生產(chǎn)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。