A arte e a ciência do controle de tensão: o segredo central da operação estável da máquina de corte de filme

Na indústria de processamento de filmes, a máquina de corte longitudinal é um equipamento essencial para o corte de bobinas mestras de grande largura e diâmetro em múltiplos rolos de produtos acabados de diâmetros estreitos e pequenos. A qualidade de sua operação determina diretamente o valor final do produto. E entre todas as principais tecnologias desta máquina de precisão, o controle de tensão é, sem dúvida, sua alma. É uma ciência sofisticada que requer cálculos e respostas rigorosos; é também uma arte delicada que requer a precipitação da experiência e o ajuste da intuição. Dominar seu segredo central equivale a possuir a chave para a operação estável da máquina de corte longitudinal.

1. Ciência: A base rígida do controle de tensão

A "ciência" do controle de tensão se reflete em suas propriedades quantificáveis, modeláveis ​​e automatizáveis. É a garantia física da operação estável do sistema.

1. Princípios fundamentais: Lei de Hooke e momento de inércia

A tensão é essencialmente uma força elástica. Os filmes seguem a lei de Hooke (F = k·x) quando esticados, mas seu desempenho é mais complexo, envolvendo fatores como o módulo de elasticidade, a largura e a espessura do material. Ao mesmo tempo, cada rolo e bobina da máquina de corte longitudinal possui um momento de inércia (I). Ao iniciar, acelerar, desacelerar e parar, as forças de inércia interferem violentamente na tensão. O cerne do controle científico é superar essas interferências físicas por meio de cálculos e compensações em tempo real, de modo que a tensão (F) no filme permaneça constante o tempo todo.

2. Composição do sistema: percepção, tomada de decisão, execução

Um sistema clássico de controle de tensão em malha fechada consiste em três partes:

• Unidade de detecção (detecção de tensão): geralmente um sensor de tensão (do tipo piezomagnético ou extensômetro) ou um potenciômetro de rolo flutuante. O primeiro mede direta e precisamente o valor real da tensão; o segundo reflete indiretamente a variação de tensão, detectando a posição do rolo flutuante, o que por si só tem um certo efeito de amortecimento e amortecimento.

• Unidade de Decisão (Cérebro de Controle): Em seu núcleo, encontra-se um CLP ou controlador de tensão dedicado. Ele recebe um sinal de feedback da unidade de detecção, compara-o com um valor-alvo de tensão predefinido e, em seguida, calcula a quantidade de correção com base no algoritmo de controle PID integrado (proporcional-integral-derivativo). O ajuste dos parâmetros PID (P, I, D) é a essência da ciência, exigindo uma correspondência precisa entre as propriedades dos materiais e a velocidade de resposta dos sistemas mecânicos.

• Atuador (tomada de força): geralmente, um conversor de frequência aciona um motor CA, um servoconversor aciona um servomotor ou um freio/embreagem de partículas/histerese. Eles recebem comandos do controlador para controlar com precisão o torque de frenagem do eixo de desenrolamento, o torque de acionamento do eixo de rebobinamento ou a velocidade linear do rolo de tração, permitindo o ajuste final da tensão.

3. Modo de controle:

• Controle de torque em malha aberta: calcula e controla o torque de saída do motor (T = F × R) de acordo com a variação do diâmetro da bobina. O cálculo é simples, mas não há feedback, a capacidade antiparasitária é baixa e a precisão é baixa.

• Controle de tensão direta em malha fechada: ajuste em tempo real usando feedback direto do sensor de tensão. A mais alta precisão de controle é padrão em máquinas de corte de alta qualidade.

• Controle indireto de tensão em circuito fechado (controle do rolo flutuante): Estabiliza indiretamente a tensão controlando a posição do rolo flutuante. É econômico e possui boa estabilidade, sendo adequado para a maioria dos cenários de corte convencionais.

2. Arte: A sabedoria flexível do controle da tensão

Se a ciência é o esqueleto, então a arte é de carne e osso. A "arte" do controle da tensão se reflete na compreensão empírica e nas sutis compensações de inúmeras variáveis.

1. Interpretação do “caráter” do material:

Diferentes materiais de filme têm "características" muito diferentes. O PET (mylar) possui alta resistência e baixa ductilidade, exigindo uma tensão mais estável e precisa; o PE (polietileno) e o PP (polipropileno) possuem alta ductilidade, e a tensão excessiva pode facilmente levar à deformação por tração; o CPP (polipropileno fundido), a folha de alumínio, etc., são altamente enrugados e exigem uma tensão baixa e extremamente uniforme. Especialistas podem julgar preliminarmente se a tensão é apropriada com base na "sensação" e no "som" do material, que são a intuição acumulada ao longo de um longo período de experiência.

2. O uso da tensão cônica:

Esta é a maior "arte" do processo de enrolamento. À medida que o diâmetro do enrolamento (R) aumenta, a pressão sobre o núcleo aumenta drasticamente se a tensão constante (F) for mantida (P = F / (2πR²)), resultando em:

• Apertado por dentro e solto por fora: O núcleo é fortemente comprimido, formando dobras em forma de "crisântemo" ou "estrela".

• Rolamento: As bordas do rolo de filme são irregulares.

• Não é possível desenrolar: o rolo de filme é duro como uma pedra e chega a esmagar o miolo.

O controle da tensão cônica é a solução artística para esse problema. Ele permite que a tensão do enrolamento diminua gradualmente de acordo com uma determinada curva (linear, quadrática, etc.) com o aumento do diâmetro da bobina. A "arte" está na escolha das curvas cônicas e dos pontos inicial/final:

• Ajuste da taxa de conicidade: 10% a 50% é a faixa comum. Quanto mais macio e sujeito à deformação (como o PE), maior será a taxa de conicidade. Quanto mais duro for o material (por exemplo, PET), menor será a taxa de conicidade.

• Experiência e experimentação: Não existe uma fórmula única para todos. A melhor curva de afunilamento precisa ser determinada por meio de vários testes, cortando a bobina do filme para observar as condições da camada interna e buscando a forma ideal de enrolamento: "apertado por fora e solto por dentro".

3. Ajuste fino de processos dinâmicos:

• Compensação de aceleração: Durante as fases de partida e aceleração, a inércia do sistema pode causar um pico instantâneo de tensão. A técnica consiste em antecipar esse choque e aplicar a compensação reversa com antecedência (por exemplo, para dar um breve impulso ao motor de desenrolamento) para suavizar a transição.

• Resposta ao momento do recebimento do material: No momento em que os tambores antigo e novo são conectados, o sistema de tensão sofre uma grande perturbação. Como acalmar rapidamente a oscilação e restaurar a estabilidade é o teste do algoritmo do controlador e da capacidade de previsão do operador.

3. O segredo central: a integração da ciência e da arte

Para alcançar a operação mais estável da máquina de corte, é necessário integrar perfeitamente a ciência e a arte.

1. A calibração precisa do sistema é um pré-requisito: garantir que o ponto zero e a faixa do sensor de tensão, do codificador de velocidade e do cilindro de rolo flutuante sejam absolutamente precisos. Esta é a base de todos os cálculos científicos.

2. Configuração de parâmetros de "rígido e macio":

◦ Escala (P): Determina a velocidade de resposta do sistema. Se o valor de P for muito alto, a resposta oscila facilmente (muito forte), e se for muito baixo, a resposta é lenta (muito suave).

◦ Integração (I): Elimina erros estáticos. Se o valor de I for muito alto, causará oscilação excessiva.

◦ Diferencial (D): Prevê a tendência e suprime oscilações. Mas é sensível a ruídos.

A arte está em encontrar um conjunto de parâmetros PID que respondam rapidamente e suprimam perturbações suavemente para diferentes materiais (por exemplo, dural vs. flexível). Isso geralmente requer tentativa e erro e experiência profunda.

3. Compensação ativa de todo o diâmetro da bobina: O sistema avançado calculará a alteração do diâmetro da bobina em tempo real e compensará ativamente o impacto da alteração do momento de inércia causada pelo rolo de desenrolamento/rebobinamento, em vez de esperar que a tensão flutue antes de corrigir, para obter o controle ativo de "resistir ao inimigo fora do país".

4. Uma boa manutenção mecânica é a base: não importa quão bom seja o sistema de controle, ele também precisa de uma base mecânica sólida. O paralelismo e o desvio dos rolos, a suavidade dos rolamentos, a folga do sistema de transmissão, etc., quaisquer problemas mecânicos destruirão diretamente a estabilidade da tensão.

conclusão

O controle de tensão da máquina de corte de filme não é de forma alguma uma simples "tensão" ou "relaxamento". É um ecossistema dinamicamente equilibrado.

• A ciência fornece ferramentas poderosas: sensores de alta precisão, PLCs de alta velocidade, modelos de algoritmos avançados, que compõem o "cérebro e os nervos" do sistema.

• A arte dá a alma do sistema: é o profundo entendimento do engenheiro sobre as propriedades do material, a engenhosidade da curva de tensão cônica e a compreensão precisa dos parâmetros PID.

O verdadeiro segredo está no uso do pensamento artístico e da experiência para harmonizar e otimizar com base em ferramentas e princípios científicos, permitindo que máquinas de aço frio controlem com suavidade e firmeza a película fina, tão fina quanto asas de cigarra, e realizem a transformação mágica de matérias-primas em produtos acabados de alto valor. Somente dominando este método é possível controlar a máquina de corte, torná-la suave, estável e produzir rolos de filme impecáveis.