ศิลปะและวิทยาศาสตร์แห่งการควบคุมแรงดึง: ความลับหลักในการทำงานที่เสถียรของเครื่องตัดฟิล์ม

ในอุตสาหกรรมการแปรรูปฟิล์ม เครื่องตัดฟิล์มเป็นอุปกรณ์สำคัญสำหรับการตัดม้วนฟิล์มหลักที่มีความกว้างและเส้นผ่านศูนย์กลางม้วนใหญ่ให้เป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางม้วนเล็กและแคบหลายม้วน คุณภาพของการทำงานเป็นตัวกำหนดคุณค่าขั้นสุดท้ายของผลิตภัณฑ์โดยตรง และในบรรดาเทคโนโลยีหลักทั้งหมดของเครื่องจักรความแม่นยำนี้ การควบคุมแรงดึงถือเป็นหัวใจสำคัญอย่างไม่ต้องสงสัย เครื่องตัดฟิล์มเป็นทั้งศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งต้องใช้การคำนวณและการตอบสนองอย่างเข้มงวด นอกจากนี้ยังเป็นศิลปะที่ละเอียดอ่อนซึ่งต้องอาศัยประสบการณ์และการปรับตัวทางสัญชาตญาณ การฝึกฝนความลับของแกนกลางให้เชี่ยวชาญนั้นเปรียบเสมือนการไขกุญแจสำคัญสู่การทำงานที่มั่นคงของเครื่องตัดฟิล์ม

1. วิทยาศาสตร์: พื้นฐานอันแข็งแกร่งของการควบคุมความตึงเครียด

"ศาสตร์" ของการควบคุมแรงดึงสะท้อนให้เห็นในคุณสมบัติเชิงปริมาณ แบบจำลอง และการทำงานอัตโนมัติ มันคือการรับประกันทางกายภาพสำหรับการทำงานที่เสถียรของระบบ

1. หลักการพื้นฐาน: กฎของฮุคและโมเมนต์ความเฉื่อย

แรงดึงโดยพื้นฐานแล้วคือแรงยืดหยุ่น ฟิล์มจะยึดตามกฎของฮุก (F = k·x) เมื่อถูกยืด แต่ประสิทธิภาพของฟิล์มมีความซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับปัจจัยต่างๆ เช่น โมดูลัสของความยืดหยุ่น ความกว้าง และความหนาของวัสดุ ในขณะเดียวกัน ลูกกลิ้งและม้วนฟิล์มแต่ละม้วนของเครื่องตัดจะมีโมเมนต์ความเฉื่อย (I) เมื่อเริ่ม เร่งความเร็ว ลดความเร็ว และหยุด แรงเฉื่อยจะรบกวนแรงดึงอย่างรุนแรง แก่นของการควบคุมทางวิทยาศาสตร์คือการเอาชนะการรบกวนทางกายภาพเหล่านี้ผ่านการคำนวณและการชดเชยแบบเรียลไทม์ เพื่อให้แรงดึง (F) บนฟิล์มคงที่ตลอดเวลา

2. องค์ประกอบของระบบ: การรับรู้ การตัดสินใจ การดำเนินการ

ระบบควบคุมความตึงแบบวงปิดคลาสสิกประกอบด้วยสามส่วน:

• หน่วยตรวจจับ (การตรวจจับแรงดึง): โดยทั่วไปจะเป็นเซ็นเซอร์แรงดึง (แบบเพียโซแมกเนติกหรือสเตรนเกจ) หรือโพเทนชิโอมิเตอร์แบบลูกกลิ้งลอยตัว แบบแรกวัดค่าแรงดึงจริงได้โดยตรงและแม่นยำ แบบที่สองสะท้อนการเปลี่ยนแปลงแรงดึงทางอ้อมโดยการตรวจจับตำแหน่งของลูกกลิ้งลอยตัว ซึ่งตัวมันเองก็มีผลในการบัฟเฟอร์และการหน่วงบางอย่าง

• หน่วยตัดสินใจ (สมองควบคุม): แกนหลักของมันคือ PLC หรือตัวควบคุมความตึงเฉพาะทาง รับสัญญาณป้อนกลับจากหน่วยตรวจจับ เปรียบเทียบกับค่าเป้าหมายความตึงที่ตั้งไว้ล่วงหน้า แล้วคำนวณปริมาณการแก้ไขตามอัลกอริทึมควบคุม PID ในตัว (สัดส่วน-ปริพันธ์-อนุพันธ์) การปรับค่าพารามิเตอร์ PID (P, I, D) ถือเป็นหัวใจสำคัญของวิทยาศาสตร์ ซึ่งต้องการการจับคู่ที่แม่นยำระหว่างคุณสมบัติของวัสดุและความเร็วในการตอบสนองของระบบเครื่องกล

• ตัวกระตุ้น (ตัวรับกำลัง): โดยทั่วไปแล้วตัวแปลงความถี่จะขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ ตัวขับเคลื่อนเซอร์โวจะขับเคลื่อนมอเตอร์เซอร์โว หรือเบรก/คลัตช์อนุภาค/ฮิสเทอรีซิส ตัวกระตุ้นเหล่านี้จะได้รับคำสั่งจากตัวควบคุมเพื่อควบคุมแรงบิดเบรกของเพลาคลาย แรงบิดขับเคลื่อนของเพลากรอ หรือความเร็วเชิงเส้นของลูกกลิ้งดึงอย่างแม่นยำ ช่วยให้สามารถปรับความตึงได้สูงสุด

3. โหมดการควบคุม:

• การควบคุมแรงบิดแบบวงเปิด: คำนวณและควบคุมแรงบิดขาออกของมอเตอร์ (T = F × R) ตามการเปลี่ยนแปลงของเส้นผ่านศูนย์กลางขดลวด การคำนวณนี้ง่าย แต่ไม่มีการป้อนกลับ ความสามารถในการป้องกันการรบกวนต่ำ และความแม่นยำต่ำ

• การควบคุมแรงดึงโดยตรงแบบวงปิด: การปรับแบบเรียลไทม์โดยใช้ข้อมูลป้อนกลับจากเซ็นเซอร์แรงดึงโดยตรง ความแม่นยำในการควบคุมสูงสุดเป็นมาตรฐานสำหรับเครื่องตัดระดับสูง

• ระบบควบคุมแรงดึงทางอ้อมแบบวงปิด (การควบคุมลูกกลิ้งลอย): สามารถควบคุมตำแหน่งของลูกกลิ้งลอยได้อย่างมั่นคงและช่วยรักษาแรงดึงทางอ้อม คุ้มค่าและมีเสถียรภาพที่ดี เหมาะสำหรับงานตัดทั่วไปส่วนใหญ่

2. ศิลปะ: ภูมิปัญญาที่ยืดหยุ่นในการควบคุมความตึงเครียด

หากวิทยาศาสตร์คือโครงกระดูก ศิลปะก็คือเนื้อและเลือด "ศิลปะ" แห่งการควบคุมความตึงเครียดสะท้อนให้เห็นในความเข้าใจเชิงประจักษ์และการแลกเปลี่ยนที่ละเอียดอ่อนของตัวแปรนับไม่ถ้วน

1. การตีความ "ลักษณะ" ของเนื้อหา:

วัสดุฟิล์มแต่ละชนิดมี "ลักษณะเฉพาะ" ที่แตกต่างกันมาก PET (ไมลาร์) มีความแข็งแรงสูงและมีความเหนียวต่ำ จึงต้องการแรงดึงที่คงที่และแม่นยำกว่า PE (โพลีเอทิลีน) และ PP (โพลีโพรพิลีน) มีความเหนียวสูง และแรงดึงที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดการเสียรูปได้ง่าย CPP (โพลีโพรพิลีนหล่อ) ฟอยล์อะลูมิเนียม ฯลฯ มีรอยย่นสูงและต้องการแรงดึงที่ต่ำและสม่ำเสมอมาก ผู้เชี่ยวชาญสามารถประเมินเบื้องต้นว่าแรงดึงเหมาะสมหรือไม่ โดยพิจารณาจาก "ความรู้สึก" และ "เสียง" ของวัสดุ ซึ่งเป็นสัญชาตญาณที่สั่งสมมาเป็นเวลานาน

2. การใช้แรงดึงแบบเทเปอร์:

นี่คือ "ศิลปะ" ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของกระบวนการพันลวด เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของลวด (R) เพิ่มขึ้น แรงดันที่แกนจะเพิ่มขึ้นอย่างมากหากรักษาแรงตึงคงที่ (F) ไว้ (P = F / (2πR²)) ส่งผลให้:

• ด้านในแน่น ด้านนอกหลวม: แกนถูกบีบอย่างหนัก ทำให้เกิดรอยพับแบบ "เบญจมาศ" หรือ "รูปดาว"

• การม้วนฟิล์ม: ขอบม้วนฟิล์มไม่เรียบ

• ไม่สามารถคลายออกได้: ม้วนฟิล์มแข็งเหมือนหิน และยังสามารถบดขยี้แกนฟิล์มได้อีกด้วย

การควบคุมความตึงแบบเทเปอร์เป็นวิธีแก้ปัญหาเชิงศิลปะสำหรับปัญหานี้ วิธีนี้ช่วยให้ความตึงของขดลวดค่อยๆ ลดลงตามเส้นโค้งที่กำหนด (เชิงเส้น กำลังสอง ฯลฯ) เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวดเพิ่มขึ้น "ศิลปะ" อยู่ที่การเลือกเส้นโค้งเทเปอร์และจุดเริ่มต้น/จุดสิ้นสุด:

• การตั้งค่าอัตราเรียว: 10%-50% เป็นช่วงทั่วไป ยิ่งอ่อนตัวและมีแนวโน้มผิดรูป (เช่น PE) มากเท่าไหร่ อัตราเรียวก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งวัสดุแข็ง (เช่น PET) มากเท่าไหร่ อัตราเรียวก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

• ประสบการณ์และการทดลอง: ไม่มีสูตรสำเร็จตายตัว เส้นโค้งเรียวที่ดีที่สุดต้องผ่านการทดสอบหลายครั้ง เช่น การตัดคอยล์ฟิล์มเพื่อสังเกตสภาวะภายในระหว่างชั้น และการหารูปแบบการพันที่เหมาะสม คือ "แน่นด้านนอก หลวมด้านใน"

3. การปรับแต่งอย่างละเอียดของกระบวนการไดนามิก:

• การชดเชยความเร่ง: ในระหว่างช่วงเริ่มต้นและช่วงเพิ่มกำลัง ความเฉื่อยของระบบอาจทำให้เกิดแรงตึงเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน เทคนิคคือการคาดการณ์แรงกระแทกนี้และใช้การชดเชยแบบย้อนกลับล่วงหน้า (เช่น เพื่อเพิ่มแรงกระตุ้นเล็กน้อยให้กับมอเตอร์ที่กำลังคลายเกลียว) เพื่อให้การเปลี่ยนผ่านเป็นไปอย่างราบรื่น

• การตอบสนองต่อช่วงเวลาที่ได้รับวัสดุ: เมื่อเชื่อมต่อดรัมเก่าและดรัมใหม่ ระบบแรงดึงจะเกิดการรบกวนอย่างรุนแรง วิธีการทำให้การสั่นสงบลงอย่างรวดเร็วและฟื้นฟูเสถียรภาพคือการทดสอบอัลกอริทึมของตัวควบคุมและความสามารถในการคาดการณ์ของผู้ปฏิบัติงาน

3. ความลับหลัก: การบูรณาการระหว่างวิทยาศาสตร์และศิลปะ

เพื่อให้บรรลุการทำงานที่เสถียรที่สุดของเครื่องตัด จำเป็นต้องบูรณาการวิทยาศาสตร์และศิลปะอย่างสมบูรณ์แบบ

1. การสอบเทียบระบบที่แม่นยำเป็นสิ่งจำเป็นเบื้องต้น เพื่อให้แน่ใจว่าจุดศูนย์และช่วงของเซ็นเซอร์แรงดึง ตัวเข้ารหัสความเร็ว และกระบอกสูบลูกกลิ้งลอยมีความแม่นยำสูงสุด นี่คือพื้นฐานของการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมด

2. การตั้งค่าพารามิเตอร์ของ "แข็งและอ่อน":

◦ สเกล (P): กำหนดความเร็วในการตอบสนองของระบบ หากค่า P สูงเกินไป ระบบจะสั่นได้ง่าย (แรงเกินไป) และหากค่า P ต่ำเกินไป ระบบจะตอบสนองช้า (เบาเกินไป)

◦ อินทิเกรต (I): ขจัดข้อผิดพลาดแบบคงที่ หากค่า I สูงเกินไป จะทำให้เกิดการสั่นเกินพิกัด

◦ ดิฟเฟอเรนเชียล (D): คาดการณ์แนวโน้มและระงับการแกว่ง แต่ไวต่อสัญญาณรบกวน

ศิลปะอยู่ที่การค้นหาชุดพารามิเตอร์ PID ที่ตอบสนองอย่างรวดเร็วและราบรื่นในการยับยั้งการรบกวนของวัสดุต่างๆ (เช่น เยื่อหุ้มสมองและยืดหยุ่น) ซึ่งมักต้องอาศัยการลองผิดลองถูกและประสบการณ์อันล้ำลึก

3. การชดเชยเส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์ทั้งหมดอย่างแข็งขัน: ระบบขั้นสูงจะคำนวณการเปลี่ยนแปลงของเส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์แบบเรียลไทม์ และชดเชยผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงโมเมนต์ความเฉื่อยที่เกิดจากลูกกลิ้งคลาย/ม้วนกลับอย่างแข็งขัน แทนที่จะรอให้ความตึงผันผวนก่อนจึงจะแก้ไขได้ เพื่อให้สามารถควบคุม "การต่อต้านศัตรูภายนอกประเทศ" ได้อย่างแข็งขัน

4. การบำรุงรักษาเชิงกลที่ดีคือตัวพา: ไม่ว่าระบบควบคุมจะดีเพียงใด ก็ต้องอาศัยรากฐานเชิงกลที่แข็งแกร่งเช่นกัน ความขนานและความคลาดเคลื่อนของลูกกลิ้ง ความเรียบของตลับลูกปืน ระยะฟันเฟืองของระบบส่งกำลัง ฯลฯ ปัญหาเชิงกลใดๆ ก็ตามจะทำลายเสถียรภาพของแรงดึงโดยตรง

บทสรุป

การควบคุมความตึงของเครื่องตัดฟิล์มนั้นไม่ใช่แค่เพียงการ "ตึง" หรือ "คลายตัว" เท่านั้น แต่มันเป็นระบบนิเวศที่สมดุลแบบไดนามิก

• วิทยาศาสตร์มีเครื่องมืออันทรงพลัง ได้แก่ เซ็นเซอร์ที่มีความแม่นยำสูง PLC ความเร็วสูง โมเดลอัลกอริทึมขั้นสูง ซึ่งประกอบเป็น "สมองและเส้นประสาท" ของระบบ

• ศิลปะมอบจิตวิญญาณของระบบ: มันคือความเข้าใจอันลึกซึ้งของวิศวกรเกี่ยวกับคุณสมบัติของวัสดุ ความชาญฉลาดของเส้นโค้งแรงดึงเรียว และความเข้าใจที่แม่นยำของพารามิเตอร์ PID

ความลับที่แท้จริงอยู่ที่การใช้ความคิดเชิงศิลปะและประสบการณ์เพื่อประสานและเพิ่มประสิทธิภาพโดยอาศัยเครื่องมือและหลักการทางวิทยาศาสตร์ และในที่สุดทำให้เครื่องจักรเหล็กเย็นสามารถควบคุมฟิล์มบางที่บางราวกับปีกจักจั่นได้อย่างนุ่มนวลและมั่นคง และบรรลุการเปลี่ยนแปลงอันน่าอัศจรรย์จากวัตถุดิบสู่ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปมูลค่าสูง มีเพียงความเชี่ยวชาญในวิธีการนี้เท่านั้นที่จะช่วยให้คุณควบคุมเครื่องตัด ทำให้เครื่องทำงานได้อย่างราบรื่น ทำงานได้เสถียร และผลิตม้วนฟิล์มที่ไร้ที่ติ