在印刷、包裝、塑料、紡織各個領(lǐng)域，都有針對卷料的處理，包括印刷中紙張/薄膜的收放料、塑料薄膜的擠出、吹膜、分切、包裝的卷材放卷、裁切，紡織機械的纖維加捻、經(jīng)編等多種場景，都存在著較多的卷筒料的處理。

圖1-卷材處理的場景

在卷料處理中常見的問題如圖2所示：

1).加速過程：對于卷料而言，在其升降速期間，加速度使得機械部件產(chǎn)生彈性形變以及負載慣量產(chǎn)生的阻力，均會影響材料輸送的品質(zhì)-也會影響后續(xù)的加工品質(zhì)。

2).軸同步：所有軸的精確速度同步是材料張力穩(wěn)定的關(guān)鍵，而張力穩(wěn)定對于印刷、包裝加工是基礎(chǔ)保障。

3).未知的卷徑：持續(xù)變化的卷徑估算精度決定了速度同步精度，進而影響張力控制的精度。

4).變慣量系統(tǒng)：隨著料卷的直徑變化，整個材料的物理重量也在發(fā)生變化，這使得傳動系統(tǒng)的負載慣量跟著發(fā)生變化。

5).不均勻纏繞：材料進入生產(chǎn)前的卷材并不能穩(wěn)定且均勻的被收卷，造成內(nèi)陷或蝴蝶型缺陷。

6).死區(qū)時間：對于不同材料的死區(qū)時間必須得到有效補償；

7).材料打滑：在運動過程中的打滑，也會影響放卷/收料的穩(wěn)定性；

材料本身的參數(shù)變化、噪音信號、色標檢測、過程同步等等，都會影響整個材料的卷取控制，進而影響工藝品質(zhì)與效率。

圖2-在卷取控制中常見的問題

貝加萊mappWebHandling專門針對這些材料的卷取控制而開發(fā)的模塊，基于貝加萊在印刷、包裝、塑料、紡織等工業(yè)裝備領(lǐng)域的豐富知識積累而開發(fā)的標準化模塊。

卷料控制的整體思想

在卷料的處理中，必須將其納入到整個機器的控制中，因為除了放卷和收卷，也需要材料的裁印刷、烘干、裁切等進行協(xié)作。如圖3所示，從機器的設(shè)計視角，機器由多個最小的機電單元、工藝處理軟件、狀態(tài)驅(qū)動下的協(xié)作構(gòu)成。最小機電單元如放卷軸由軸芯和材料形成的卷構(gòu)成，連接減速器、伺服電機、驅(qū)動器、傳感器構(gòu)成最小的機電單元，而機器則是在放卷、牽引、印刷、裁切、烘干、收卷多個機電單元構(gòu)成。這些單元經(jīng)由運動控制的狀態(tài)、控制的狀態(tài)進行協(xié)作，經(jīng)由控制器進行統(tǒng)一的通信、調(diào)度，以實現(xiàn)高速的穩(wěn)定運行。

圖3-模塊劃分與群組處理

材料在整個機器的不同區(qū)域他們分別處于不同的控制狀態(tài)，放卷卷徑在不斷變小而收卷則在變大，而輸送過程則需要實現(xiàn)速度和位置同步關(guān)系，以及裁切中的電子凸輪關(guān)系…因此，材料的處理必須根據(jù)這些變化而進行模塊化設(shè)計，mappWebHandling則由卷徑計算、張力控制、速度控制等構(gòu)成，并與色標檢測、套色、裁切等協(xié)作，共同實現(xiàn)機器的整體控制。如圖4所示。

圖4-局部與整體的規(guī)劃設(shè)計

如圖5所示，一個典型的場景就是印刷控制，包括放卷、牽引、輸送、收卷。通常被劃分為多個張力區(qū)，在區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定的張力控制同時，也要考慮多區(qū)域之間的影響，進行解耦控制。

圖5-張力機電控制模式

卷材處理的場景是多樣性的，例如像卷筒印刷機屬于放卷-收卷模式，鋰電圓柱電池屬于多種材料放卷單一收卷、分切屬于單個放卷多個收卷、紙張模切有放卷加裁切無收卷…因此，在現(xiàn)實的機器控制中，其存在多種機械模式、采樣模式的卷料控制需求。

圖6-支持多種張力控制模式

如圖6，mapp模塊針對各種場景，如驅(qū)動內(nèi)電流控制的扭矩控制模式，以及采用張力傳感器的閉環(huán)檢測，通過擺輥位置/角度檢測的擺輥定位控制。適應(yīng)各種張力控制的場景，如卷對卷（R2R）、多卷復(fù)合、流延收卷、分切等多種卷料的機械結(jié)構(gòu)和處理模式。

材料處理工藝

對于卷材的卷徑計算，mapp模塊中有針對卷徑的計算及LQ濾波-這樣可以讓卷徑更為平滑，由驅(qū)動系統(tǒng)進行處理。另外，通過扭矩前饋也可以提高高速收放卷的響應(yīng)能力—更快的處理在升降速情況下的同步性。隨著卷徑變化，負載變化，系統(tǒng)具有自適應(yīng)的速度控制能力。如圖7

圖7-多種材料張力模式

色標檢測與處理

在一些材料的處理中，也包括了色標檢測信號的處理，除了印刷需要套色，在包裝的熱封、裁切，紙張的裁單張/模切、包裝的貼標中的放卷/射標中，都會牽扯到色標信號的檢測與裁切處理。

圖8-色標檢測直接進入ACOPOS P3的觸發(fā)信號輸入端

如圖8，貝加萊的ACOPOS P3的Trigger信號輸入端可以直接接入數(shù)字量的色標傳感器，并直接在驅(qū)動器內(nèi)進行同步計算，這種在驅(qū)動器內(nèi)的直接同步計算，會大幅提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。這與大部分市面上驅(qū)動器將信號接到PLC的I/O上，并由PLC循環(huán)來進行同步的模式，更高的響應(yīng)能力，這會確保高速和高精度的裁切能力。

材料工藝處理

除了整體控制、張力模式控制、色標配合外，在材料處理中，還有幾個關(guān)鍵點需要被考慮：

1 干擾信號濾波處理

對于材料控制模型中，如圖所示-對于材料的控制閉環(huán)而言，其信號的干擾會影響控制的調(diào)節(jié)效果，不利于調(diào)節(jié)穩(wěn)定，因為PID調(diào)節(jié)通常會帶來超調(diào)，而采用輸入端的卡爾曼濾波會降低這些不必要的信號擾動，進而使得系統(tǒng)更為穩(wěn)定。

圖9-干擾信號濾波處理

另外，由于磨損帶來的模型與現(xiàn)實的偏差，也可以通過信號的采樣處理來彌補。

2 斷料檢測與處理

材料的斷裂會對整個工藝過程帶來較大的影響，甚至會造成設(shè)備的損壞，因此，必須能夠及時檢測到這種斷裂的潛在風險。如圖10。

圖10-材料斷裂檢測

通過擺輥、電機轉(zhuǎn)矩的異常，斷裂是可以被識別的—這樣就可以在控制過程中進行相應(yīng)的處理-例如，同步的減速或停機處理。

3 收料張力錐度處理

對于卷料的各層來說，隨著越向軸心的壓力則會越大，其表面壓力為0，這種壓力差會導(dǎo)致材料的打滑，這個會對放卷和收卷都會造成不穩(wěn)定。如圖11所示。

圖11-材料的打滑處理

在收卷過程控制中，隨著卷徑的變化，可以通過張力的降低來獲得更為柔順的材料收卷。

總結(jié)

1).易于調(diào)試：

采用高內(nèi)聚低耦合的模塊化思想，mappWebHandling能夠針對各種卷取模式、傳感器采樣、工藝場景進行了建模而開發(fā)的。具有高度的功能適應(yīng)性，易于調(diào)試。

2).品質(zhì)控制：

針對印刷、塑料材料、包裝等場景，有效的提高了材料傳輸?shù)姆€(wěn)定與精準，確保工藝質(zhì)量的穩(wěn)定。

圖12-mappWebHandling模塊的優(yōu)點

3).平滑與高效的機器運行：

在材料換卷、工藝參數(shù)調(diào)整后，運動控制的軟硬件系統(tǒng)同樣保證高速下的平滑切換。

4).集成仿真：

通過對材料處理的機械、控制進行建模，能夠通過第三方軟件或內(nèi)置的自動化仿真工具進行工藝、邏輯的仿真運行，虛擬測試。