学文网无溶剂复合技术具有健康环保、高效节能、成本低等优点，是国际公认的一种绿色复合工艺，也是未来软包装复合工艺的主导方向。然而，与一些进口品牌相比，国产无溶剂复合机还存在一定差距，但随着国外先进技术的不断引入、国内机械制造业的迅速提升，以及先进控制技术的逐渐普及，国产无溶剂复合机迎来了市场应用的小高潮。
控制系统是保障无溶剂复合机平稳运行的关键部分。国产无溶剂复合机的控制系统一般由可编程控制器、交流伺服电机及矢量变频器组成，通过人机界面显示及相关参数设定，由交流伺服电机驱动，由此形成了一套完善的多电机张力控制系统。本文将以我公司自主研发的SL-ONE FHW1250型无溶剂复合机为例，对其控制系统进行具体分析。
卷径控制
第一、二放卷单元及收卷单元一般都采用超声波传感器进行实时卷径检测，将超声波传感器安装在合适位置并指向目标，确保超声波传感器与目标的距离在超声波传感器的感应范围之内，且对准料卷的卷轴中心，然后在卷轴上安装不同卷径的料卷，通过计算机或人机界面监视不同卷径下超声波传感器对应输出的数值，并形成与卷径一一对应的列表，最后通过线性比例计算出当前的卷径大小。超声波传感器的安装检测简***见***1。
张力控制
由于无溶剂复合机大多采用双组分（主剂和固化剂，或A胶和B胶）胶黏剂，初黏度低，涂胶量小，因此整机张力控制要求必须精确、稳定。张力控制一般包括第一放卷张力、涂胶后薄膜张力、第二放卷张力、收卷张力、收卷锥度等方面。
不仅如此，各段张力的匹配也非常重要。一般来说，薄膜涂胶后的张力应略大于第一放卷张力，收卷张力略大于第二放卷张力，收卷锥度一般控制在20%以内。此外，高精度的张力控制还需要考虑很多因素，如力矩的补偿、转动惯量的补偿、收卷锥度的控制、升降速张力的补偿等。在张力控制过程中，需要特别注意以下几个方面：
1.提高张力信号检测精度及抗干扰能力
通常，张力控制是依靠摆辊检测装置（如***2所示）来完成的，在该装置中，摆辊用以存储料卷，其就好比是一个蓄力器或缓冲器，用以吸收或隔离张力的扰动。摆辊调节是为了通过调整摆辊位置来间接控制料卷的表面张力，这个过程需要借助于摆辊反馈信号，反馈信号代表的是摆辊的位置偏差，从而反映出张力的波动量。当系统处于平衡状态时，摆辊自然下垂，摆辊气缸上的推力与料卷表面的张力处于平衡状态；当系统张力产生波动时，摆辊就会克服机械摩擦阻力（包括气缸、摆辊机械装置等产生的摩擦力），上述平衡状态就会被打破，致使摆辊位置发生偏移，摆辊自重在水平方向产生分力，并叠加到料卷的表面张力上，从而使系统张力产生更大的波动。可见，张力控制系统工作时是一个不断调整的动态过程，机械摩擦阻力对张力信号检测精度有很大影响。
从以上分析可看出，减轻摆辊装置的自重、减小机械摩擦阻力是提高张力信号检测精度的关键。另外，摆辊反馈信号应调整到最高分辨率，因为过低的分辨率会降低张力调节的总体性能。
对张力检测信号的抗干扰措施：在硬件方面，选择性能优良的器件，通常采用德国电感式接近传感器，配备完善的接地网，单点接地，分隔走线及布线，所有信号线均采用屏蔽线；在软件方面，对张力检测信号进行滤波，消除错误的张力检测信号对系统产生的冲击。
2.驱动部件表面速度与线速度之间的匹配
驱动部件表面速度与线速度之间的匹配对张力调节精度和PLC内部计算精度非常重要，速度匹配可以保证料卷按照整条生产线的同一速度运行，使张力控制器或摆辊控制器对料卷表面张力的修正量更小，精度更高。在实际应用中，习惯上选用美国罗克韦尔高性能矢量变频+超同步伺服电机，采用PG矢量控制，可实现高精度的速度控制、力矩控制。为充分保证速度精度和机械硬度，一般速度控制范围为1：1000，控制精度为±0.02%，启动转矩为150%。
3.PID控制
张力控制一般都采用PID控制方式。PID控制效果的好坏主要在于对采样时间、增益、积分、微分等参数的调节，PID调节器控制原理如***3所示。
PID调节器的控制方程式为：
e=W-X
其中，U为控制量，W为设定值，X为实际值，e为调节偏差，Kp为比例系数，Ti为积分时间，Td为微分时间，Kp为比例系数。Kp应尽可能调高，较高的Kp可使调节回路既快速又精确，但也不宜过高，否则会导致超调甚至振荡（不稳定）。
积分调节的目的是消除比例调节器中残存的静差，只要偏差不为零，就可以通过累积作用影响控制量U，以求减小偏差；当偏差为零时，控制量U不再变化，系统达到稳态。Ti反映了PID调节器积分作用的强弱，Ti大，表示积分作用弱，Ti小，表示积分作用强。
微分调节则在偏差有变化时起作用，其根据偏差的变化率来进行调节。一般，在速度模式下，不采用微分调节，但在升降速过程中需要轴切换时，为了提高系统对张力波动的动态响应，可加入适当的微分调节。
张力控制时，PID控制参数的线性化、分段处理是解决低速与高速、小卷与大卷不同特性的有效方法。值得注意的是，在升降速过程中，多台电机联动，会使整条生产线的线速度发生变化，由于各个执行电机的负载惯量是不同的，因此各电机的升降速曲线不重合，此时的张力控制特性与稳态时会有所区别，这就需要对PID控制参数作相应的调整，如加入升降速PID控制，单独控制升降速时的动态响应，与稳态相比，调整后的张力扰动会变大，且响应更快速，此时比例、积分作用都较强，只要保证系统不产生振荡即可。
涂胶量控制
无溶剂复合涂胶量通常只有干式复合涂胶量的1/3～1/2，由于涂胶量大小可能会影响到复合质量及收卷整齐度等，因此，应精确控制无溶剂复合的涂胶量。开机前，待静计量辊和动计量辊完全预热后，调整静计量辊与动计量辊之间的间隙（一般为0.08～0.12mm），左右两端间隙要求一致，以确保涂胶均匀。待静计量辊与动计量辊之间的间隙调整好后，通过调节动计量辊与涂胶辊之间的速比来微调涂胶量大小。
上述控制过程在SL-ONE FHW1250型无溶剂复合机上得到了实际验证，张力波动可达到±0.2kg，满足了无溶剂复合机的张力控制精度要求，明显提高了整机的张力稳定性，从而保证了复合产品的质量及收卷整齐度。
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