Detaillierte Erläuterung des Funktionsprinzips der automatischen Rollenwechselfunktion des Aufwicklers

Als Kernausrüstung der Papierherstellungs- und Folienverarbeitungsindustrie ist die Walzmaschine für die Kernaufgabe des Schneidens, Aufwickelns und Wiederverarbeitens von Rohpapier- oder Folienrollen verantwortlich. Seine Kernfunktion besteht darin, durch präzise Steuerung der Rollenspannung, Geschwindigkeit und Schnittpräzision eine qualitativ hochwertige Endwalzenproduktion zu erreichen. Herkömmliche Wickelmaschinen erfordern jedoch einen manuellen Eingriff in den Umwickelprozess, was nicht nur zu Produktionsunterbrechungen und Ineffizienz führt, sondern auch zu Materialverschwendung oder Gerätestörungen aufgrund unsachgemäßer Bedienung führt. Beispielsweise können Materialspannung und -bruch aufgrund einer Geschwindigkeitsungleichheit beim manuellen Aufwickeln oder eine ungleichmäßige Kante des fertigen Produkts aufgrund einer ungenauen Positionierung die Produktqualität beeinträchtigen.

Die Einführung der automatischen-Lautstärkeänderung hat das völlig geändert. Durch die Integration von Sensoren, SPS-Steuerungssystem und Aktoren kann der Aufwickler automatisch zwischen alten und neuen Rollen wechseln, wenn sie einen voreingestellten Schwellenwert erreichen oder wenn ein Qualitätsmangel festgestellt wird. Diese Funktion verkürzt nicht nur die Zeit zum Zurückspulen von Minuten auf Sekunden, steigert auch die Produktivität erheblich, minimiert den manuellen Betrieb und reduziert menschliche Fehler und Sicherheitsrisiken. Beispielsweise kann das automatische Zurückspulen in Hochgeschwindigkeits-Filmproduktionslinien Ausfallzeiten durch manuelles Zurückspulen vermeiden und die Gesamteffizienz der Ausrüstung um mehr als 30 % verbessern, was zu einem unverzichtbaren intelligenten Upgrade in der modernen Industrieproduktion wird.

(I) Photoelektrische Sensoren und Korrektursystem

Die Genauigkeit der Rollenmaterialpositionierung ist die Grundlage für den automatischen Rollenwechsel. Photoelektrische Sensoren, allgemein bekannt als „optoelektronische Augen“, senden und empfangen Infrarotlicht, erkennen in Echtzeit die Kantenposition des Rollenmaterials, wandeln das Signal in digitale Größen um und übertragen es an die SPS. Die SPS trifft logische Entscheidungen auf der Grundlage vorgegebener Parameter (z. B. Kantenversatz) und steuert Korrekturmechanismen (z. B. Führungsrollen), um Verschiebung oder Winkel anzupassen.

• Verschiebungseinstellung: Hierbei werden die Führungsrollen als Ganzes bewegt, was für den Hochgeschwindigkeitsrollenaustausch geeignet ist. Es bewegt sich viel, reagiert aber schnell. Wenn beispielsweise bei der Dünnfilmverarbeitung die Länge des Rollenmaterials mehr als 0,5 mm beträgt, können sich die Führungsrollen innerhalb von 5 mm um 10 mm bewegen, um die Grobabstimmung abzuschließen.
• Winkeleinstellung: Dabei werden die Führungsrollen gedreht, um eine Feinabstimmung zu erreichen. Es verfügt über eine kleine Bewegungsamplitude und eignet sich eher für mittlere Korrekturen oder sehr hohe Präzisionsanforderungen. Beispielsweise kann bei der Produktion von optischen Filmen die Winkeleinstellung eine Genauigkeit von ± 0,01 Grad erreichen, um sicherzustellen, dass sich das Rollenmaterial immer in der Mitte befindet.

Fallstudie: Bei der Filmverarbeitung können fotoelektrische Sensoren Kantenabweichungen von 0,1 mm erkennen und ein Servomotor treibt die Führungsrollen in 10 Millisekunden an. Der Prozess wird durch eine geschlossene Regelung mit kontinuierlicher Rückmeldung von Sensoren und einer SPS erreicht, die die Positionssignale der Führungsrolle anpasst, um sicherzustellen, dass die Kantenabweichung des Rollenmaterials immer weniger als 0,1 mm beträgt.

(II) Erkennung des Rollendurchmessers und dynamische Kompensation.

Die Änderung des Wickeldurchmessers ist ein häufiges Phänomen im Wickelprozess. Ultraschallsensoren oder Encoder überwachen den Rollendurchmesser in Echtzeit und geben die Daten an die SPS zurück. Die SPS passt die Aufwickelgeschwindigkeit automatisch an die Veränderungen des Rollendurchmessers an und stellt so sicher, dass die lineare Geschwindigkeit gleich bleibt (d. h. die Länge des Materialdurchlaufs pro Zeiteinheit bleibt gleich), während Spannungsschwankungen dynamisch ausgeglichen werden.

• Wenn der Wickeldurchmesser zunimmt, reduziert die SPS die Geschwindigkeit der Wickelwalze, um zu verhindern, dass das Material aufgrund einer zu hohen Liniengeschwindigkeit gedehnt oder gerissen wird. Beispielsweise kann PLC in der Papierindustrie die Aufwickelgeschwindigkeit von 500 m/min auf 167 m/min reduzieren, wenn der Spulendurchmesser von ursprünglich 500 mm auf 1500 mm erhöht wird.
• Spannungsausgleich: Durch Anpassen des Drucks der Andruckrollen oder des Drehmoments des Servomotors kann der Effekt der Vergrößerung des Rollendurchmessers auf die Spannung ausgeglichen und ein gleichmäßiger Materialfluss aufrechterhalten werden. Beispielsweise kann die SPS bei der Dünnschichtverarbeitung mit zunehmendem Rollendurchmesser den Druck der Andruckrolle von 2 bar auf 5 bar erhöhen und gleichzeitig das Drehmoment des Servomotors anpassen, um eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten.

Fallstudie: Wenn in der Papierindustrie der Rollendurchmesser von 500 mm auf 1500 mm ansteigt, verwendet die SPS eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis über Spannungssignalsensoren, um sicherzustellen, dass die Spannungsschwankungen ±5 N nicht überschreiten.

(I) Auslösebedingungen für das automatische Zurückspulen.

Automatischer Rollenwechsel, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

• Voreingestellter Schwellenwert: Die aktuelle Rollenlänge oder der aktuelle Rollendurchmesser erreicht die von der SPS festgelegte Obergrenze (z. B. . 10.000 m Länge oder 1.500 mm Durchmesser).
• Notfall: Sensoren erkennen einen abgetrennten Kopf, Falten oder Qualitätsmängel und lösen sofort einen Notfall-Rollenwechsel aus, um ein fehlerhaftes Produkt zu vermeiden. Wenn beispielsweise bei der Membranverarbeitung Löcher oder Kratzer auf der Oberfläche des Materials festgestellt werden, stoppt die SPS den aktuellen Wickelvorgang sofort und leitet den Rollenwechselvorgang ein.

(II) Umwandlung alter und neuer Walzmaterialien

• Entladen alter Rollen: Eine pneumatische oder hydraulische Vorrichtung, um die Spannfutterfreigabe zu drücken, das Entladen der Rolle abzuschließen und sie über das Förderband zum Bereich des fertigen Produkts zu transportieren. In der Papierindustrie kann beispielsweise die Freigabezeit des Spannfutters beim Entladen alter Walzen auf weniger als 0,5 Sekunden gesteuert werden, um ein reibungsloses Abrollen zu gewährleisten.
• Neuer Papiereinzugsmechanismus: Der wellenlose, konische obere Mechanismus positioniert den neuen Papierkern automatisch entsprechend unterschiedlichen Durchmessern (z. B. 76 mm, 152 mm) und verfügt über eine pneumatische oder mechanische Verriegelung. Beispielsweise kann in der Dünnschichtverarbeitung der wellenlose Kegelkopfmechanismus durch pneumatische Druckverstellung mit einer Schließkraft von bis zu 500 N an Papierhülsen unterschiedlicher Durchmesser angepasst werden.

3.Materialbindung:

• Hot Melt Bonding: geeignet für Kunststofffolien, durch Erhitzen und geschmolzenes Material auf der Oberfläche, um eine nahtlose Verbindung zu erreichen. Beispielsweise kann bei der Herstellung von Polyethylenfolien die Klebetemperatur des Schmelzklebstoffs zwischen 150 und 200 Grad Celsius gesteuert werden, und die Klebefestigkeit kann über 90 % der des Ausgangsmaterials erreichen.
• Ultraschallbindung: Hochfrequenzvibrationen werden verwendet, um durch Reibung zwischen Materialmolekülen Wärme zu erzeugen, was für mehrschichtige Verbundmaterialien geeignet ist. Beispielsweise ermöglicht die Ultraschallverklebung bei der Herstellung von Aluminium-Kunststoff-Verbundmembranen eine blasenfreie Zwischenschichthaftung für bis zu 0,1 Sekunden.
• Klebebandverklebung: Hochfestes, schnell klebendes Klebeband, geeignet für Papier und andere zerbrechliche Materialien. Beispielsweise kann das Klebeband in der Zeitungspapierproduktion bis zu 50 mm breit sein und die Klebekraft kann den Anforderungen einer Hochgeschwindigkeitsaufwicklung genügen.

4. Spannungsübergang: Die SPS steuert, dass die Rollgeschwindigkeit allmählich abnimmt, während die neue Rollgeschwindigkeit beschleunigt wird. Der durch die plötzliche Geschwindigkeitsänderung verursachte Materialbruch kann durch die Regelung des Spannungssensors im geschlossenen Regelkreis verhindert werden. Beispielsweise kann bei der Dünnschichtverarbeitung die Spannungsübergangszeit auf weniger als eine Sekunde gesteuert werden, um einen reibungslosen Übergang des Materials zu gewährleisten.

(III) Mehrschichtige Steuerlogik.

• Bodensteuerung: Die SPS verarbeitet Sensorsignale (z. B. fotoelektrische Sensoren und Durchmesser-Encoder) in Echtzeit und treibt Servomotoren, Zylinder und andere Aktuatoren mit einer Reaktionszeit von Millisekunden an. Beispielsweise kann die SPS die Signalverarbeitung abschließen und den Servomotor antreiben, um die Position der Führungswalze während des Bahnkorrekturvorgangs innerhalb von 1 ms anzupassen.
• Konfigurieren Sie die Koordinierung der mittleren Schicht: Die HMI-Schnittstelle stellt Parameter (z. B. Geschwindigkeit, Spannung und Schwellenwerte für den Rollendurchmesser) ein und überwacht den Gerätestatus (z. B. Temperatur und Druck), um manuelle Eingriffe zu unterstützen. Beispielsweise kann der Bediener die Wickelgeschwindigkeit oder den Spannungssollwert in Echtzeit über die HMI-Schnittstelle anpassen, um sie an unterschiedliche Material- oder Produktionsanforderungen anzupassen.
• Upper Layer Optimization: Aufzeichnung von Produktionsdaten (z. B. Rollenwechselhäufigkeit und Ausfallrate) über Industrial Ethernet oder Cloud-Plattform. Algorithmen der künstlichen Intelligenz werden eingesetzt, um die Rollenwechsellogik zu optimieren und Ausfallzeiten zu reduzieren. Durch die Analyse historischer Daten können Algorithmen der künstlichen Intelligenz beispielsweise das Risiko eines Rollenbruchs vorhersagen und die Parameter für den Rollenaustausch im Voraus anpassen, wodurch die Gesamteffizienz des Geräts auf über 95 % gesteigert wird.

(I) Antriebssystem

Der Aufwickler verfügt über eine unabhängige Motorantriebseinheit, z. B. Abrollwalze, Abstreifer, Unterwalze usw. Geschwindigkeitsregelungstechnologie mit variabler Frequenz, z. B. der SINAMICS S120-Umrichter, sorgt für eine genaue Abstimmung zwischen Geschwindigkeit und Drehmoment. Zum Beispiel:

· Motor zum Abwickeln der Rolle: Es ist viel Drehmoment erforderlich, um die Trägheit des Rollenmaterials zu überwinden. Beispielsweise kann in der Papierindustrie das Drehmoment eines Rollout-Motors 1000 Nm erreichen, um den Rollout-Anforderungen von Walzen mit großem Durchmesser gerecht zu werden.

Auswahl und Vertrieb des Slitter-Motors: Erfordert schnelle Geschwindigkeit, garantiert Schnittgenauigkeit. Beispielsweise kann bei der Dünnschichtverarbeitung die Schneidvorrichtung mit 5000 U/min rotieren, wodurch ein Schnittbreitenfehler von weniger als 0,05 mm entsteht.

(II) Aktoren

• Pneumatische/hydraulische Geräte: werden zur Regulierung des Drucks der Druckrolle (z. B. 0-10 bar Luftdruck), der Schneidwirkung (z. B. . 0.1 mm waagerechte Positionierung) und der Rollenklemmung (z. B. 5000 N Klemmkraft) verwendet. In der Papierindustrie beispielsweise können Andruckwalzen einen Druckeinstellbereich von 0–10 bar haben, um den Aufwickelanforderungen für Materialien unterschiedlicher Dicke gerecht zu werden.
• Servomotor: Angetriebene Leitwalze mit Bahnkorrektur, Positioniergenauigkeit ± 0,1 mm, dynamische Ansprechfrequenz bis 1 kHz. Bei der Dünnschichtverarbeitung kann der Servomotor beispielsweise auf SPS-Befehle reagieren, um die Position der Führungsrolle in einer Millisekunde anzupassen.

Installieren Sie einen Spannungssensor: Geben Sie Echtzeit-Feedback zur Materialspannung (z. B. 0-500 N-Bereich), unterstützen Sie die Regelung im geschlossenen Regelkreis und stellen Sie sicher, dass Spannungsschwankungen ±1 % nicht überschreiten. Bei der Herstellung optischer Filme kann der Spannungssensor beispielsweise eine Genauigkeit von ±0,1 N haben und so einen reibungslosen Betrieb des Materials gewährleisten.

(III) Sicherheitsschutzvorrichtungen

• Not-Aus-Taste: Unterbricht im Notfall sofort die Stromversorgung und stoppt alle beweglichen Teile. Wenn beispielsweise Gerätestörungen auftreten oder eine Gefahr für das Personal besteht, können Bediener den Not-Aus-Knopf betätigen, um sicherzustellen, dass das Gerät innerhalb von 0,1 Sekunden den Betrieb stoppt.
• Dichtungsschutzabdeckung: Verhindert, dass der Bediener rotierende Teile berührt, und vermeidet mechanische Schäden. Beispielsweise kann eine transparente Schutzabdeckung an einem wichtigen Teil einer Trommel angebracht werden, um den Betriebsstatus des Geräts zu überwachen und gleichzeitig zu verhindern, dass Personen rotierende Teile berühren.
• Photoelektrischer Schutz: Sicherheitslichtvorhänge erkennen das Eindringen von Personen oder Hindernissen in Gefahrenbereiche und lösen automatisch einen Notstopp aus. Beispielsweise würde rund um die Rollenmaschine ein Sicherheitslichtvorhang installiert, der Signale erkennt und einen Notstopp auslöst, wenn eine Person oder ein Hindernis in einen Gefahrenbereich gelangt, um die Sicherheit zu gewährleisten.

Angetrieben durch Industrie 4.0 und intelligente Fertigung wird das automatische Wickeln von Spulen immer schneller, genauer und intelligenter:

• Wählen Sie eine hohe Geschwindigkeit: über 2000 m/min, unterstützt durch optimiertes Getriebe und Aktuator. Bei Hochgeschwindigkeits-Filmproduktionslinien kann die automatische Rückspulgeschwindigkeit beispielsweise 2.000 m/min erreichen, was den Anforderungen einer Massenproduktion gerecht wird.
• Dynamische Intelligenz: KI-Algorithmen können das Risiko eines Rollenbruchs vorhersagen, die Parameter für den Rollenaustausch automatisch anpassen und die Gesamteffizienz des Geräts auf über 95 % verbessern. Durch die Analyse historischer Daten können Algorithmen der künstlichen Intelligenz beispielsweise vorhersagen, wann eine Rolle reißen wird, und die Rückspulgeschwindigkeit oder Spannungsparameter der Rolle im Voraus anpassen, um einen Bruch der Rolle zu verhindern.
• ·Modularer Aufbau: schnell austauschbare Rollen, Schneidemaschine und Verbindungsmodul, um den Anforderungen der Kleinserienproduktion mit mehreren Sorten gerecht zu werden. Dank des modularen Aufbaus kann die Rolle beispielsweise in weniger als 10 Minuten gegen eine andere Rollen- oder Schneidvorrichtungsgröße ausgetauscht werden