TAC 膜收卷張力控制方式探究

王 安，高春梅

（樂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）膜生產是用二氯甲烷等有機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］。 其中收卷為整個工藝流程的最后一道工序，卷材良好的緊實度和外觀對后續產品的質量影響較大。 收卷過程中的關鍵參數為收卷張力，收卷張力過大，片材發緊，容易出現起棱、黑帶等產品弊??；收卷張力過小，片材發松，膜層中夾帶空氣，容易出現跑偏、塌坑等產品弊?。?］。 穩定精準的收卷張力對薄膜等卷材的收卷起著至關重要的作用，下文對不同類型的收卷張力控制方式的原理進行對比分析。

1 收卷張力控制方式

1.1 機械張力控制

機械張力控制主要采用盤式制動器，實現收卷過程中扭矩恒定。 基本原理如圖1 所示，傳動軸與收卷電機連接，收卷電機以恒定速度轉動。 當收卷軸收卷薄膜時，由于動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，從而實現薄膜的變張力收卷。

圖1 盤式制動器原理簡圖

收卷初張力只能通過調整動摩擦盤和靜摩擦盤之間摩擦力矩實現，不能自動設定并且控制精度較低，常用于造價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）功能控制收卷機構的實時轉速，從而實現薄膜的收卷。 其基本原理如圖2 所示，采用張力傳感器檢測片路的張力，此外為了實現精準控制還需實時測量收卷直徑和收卷速度。 利用可編程控制器PID 功能將檢測值和程序計算值進行比對，動態輸出控制信號調整執行機構的轉速，從而實現薄膜張力的精準控制。

圖2 電氣收卷張力控制原理簡圖

張力控制的穩定性關鍵在于其PID 模型的控制精度。傳統PID 控制性能只由比例、積分和微分三個環節參數決定，其適應范圍較窄，具有一定的局限性。 基于上述情況，有研究學者在考慮到轉矩補償、設備精度、動態響應時間等自行優化的PID 模型［5-7］，雖然很好地提高了系統控制精度，但是并不完全適合復雜多變量，并且無法確定精確數學模型的控制系統。 模糊控制或神經網絡技術的PID算法可很好地解決復雜控制系統控制精度問題，其通過人為制定模糊控制規則和機器自身數據學習來實現控制參數的自適應整定，以滿足復雜多變量的控制要求［8-9］，具有良好的控制精度，超調和滯后性低，以及較快的動態響應速度、優良的抗干擾和系統震蕩性，目前在張力控制系統中應用廣泛。

2 結語

目前樂凱TAC 膜采用的是電氣收卷張力控制，可編程控制器型號為S7-300PLC，PID 控制采用系統自帶的功能塊，控制參數為生產線試車期間多次調整確定。 由于生產薄膜片種、車速、片厚的差異，難以確定某一組最合適PID 參數，并且目前收卷張力不穩定狀態一直頻發，尤其在升降車速時，收卷張力波動值可達到±10 N，對收卷質量有一定影響。 自編寫的卷徑計算程序、錐度計算程序和PID 功能塊之間的匹配性和補償性較差。

基于上述情況，模糊控制或神經網絡技術PID 張力控制系統的設計與開發，對改善樂凱TAC 膜收卷質量，具有很強的應用需求。