L'art et la science du contrôle de la tension : le secret essentiel du fonctionnement stable d'une machine de découpe de films

Dans l'industrie du traitement des films, la refendeuse est un équipement essentiel pour la découpe de bobines mères de grande largeur et de grand diamètre en plusieurs rouleaux de produits finis de diamètres étroits et fins. La qualité de son fonctionnement détermine directement la valeur finale du produit. Parmi les technologies clés de cette machine de précision, le contrôle de la tension est sans conteste son cœur de métier. C'est à la fois une science sophistiquée exigeant des calculs et une réactivité rigoureux, et un art délicat qui exige l'expérience et l'intuition. Maîtriser son secret revient à détenir la clé du fonctionnement stable de la refendeuse.

1. Science : La base rigide du contrôle de la tension

La « science » du contrôle de tension se reflète dans ses propriétés quantifiables, modélisables et automatisables. Elle constitue la garantie physique du fonctionnement stable du système.

1. Principes fondamentaux : la loi de Hooke et le moment d'inertie

La tension est essentiellement une force élastique. Les films suivent la loi de Hooke (F = k·x) lorsqu'ils sont étirés, mais leur performance est plus complexe, impliquant des facteurs tels que le module d'élasticité, la largeur et l'épaisseur du matériau. Parallèlement, chaque rouleau et bobine de la machine de refendage possède un moment d'inertie (I). Au démarrage, à l'accélération, à la décélération et à l'arrêt, les forces d'inertie perturbent violemment la tension. Le cœur du contrôle scientifique consiste à surmonter ces interférences physiques par des calculs et une compensation en temps réel, afin que la tension (F) du film reste constante à tout instant.

2. Composition du système : perception, prise de décision, exécution

Un système classique de contrôle de tension en boucle fermée se compose de trois parties :

• Unité de détection (détection de tension) : généralement un capteur de tension (piézomagnétique ou à jauge de contrainte) ou un potentiomètre à galet flottant. Le premier mesure directement et précisément la valeur réelle de tension ; le second reflète indirectement la variation de tension en détectant la position du galet flottant, qui a lui-même un effet tampon et amortisseur.

Unité de décision (contrôleur) : Son cœur est un automate programmable (API), ou contrôleur de tension dédié. Il reçoit un signal de retour de l'unité de détection, le compare à une valeur cible de tension prédéfinie, puis calcule la correction en fonction de l'algorithme de régulation PID (proportionnel-intégral-dérivé) intégré. Le réglage des paramètres PID (P, I, D) est l'essence même de la science, exigeant une adéquation précise entre les propriétés des matériaux et la vitesse de réponse des systèmes mécaniques.

Actionneur (prise de force) : généralement, un convertisseur de fréquence entraîne un moteur à courant alternatif, un servomoteur entraîne un servomoteur, ou un frein/embrayage à particules/hystérésis. Ils reçoivent des commandes du contrôleur pour contrôler précisément le couple de freinage de l'arbre de déroulement, le couple d'entraînement de l'arbre de rembobinage ou la vitesse linéaire du rouleau de traction, permettant ainsi un réglage précis de la tension.

3. Mode de contrôle :

Contrôle du couple en boucle ouverte : calcule et régule le couple de sortie du moteur (T = F × R) en fonction de la variation du diamètre de la bobine. Le calcul est simple, mais il n'y a pas de rétroaction, la capacité anti-interférence est faible et la précision est faible.

Contrôle direct de la tension en boucle fermée : réglage en temps réel grâce au retour direct du capteur de tension. La précision de contrôle maximale est standard sur les machines de refendage haut de gamme.

Contrôle indirect de la tension en boucle fermée (contrôle du rouleau flottant) : Stabilise indirectement la tension en contrôlant la position du rouleau flottant. Économique et stable, ce système convient à la plupart des applications de refendage conventionnelles.

2. Art : La sagesse flexible du contrôle de la tension

Si la science est le squelette, alors l'art est fait de chair et de sang. L'« art » de la gestion des tensions se reflète dans la compréhension empirique et les subtils compromis d'innombrables variables.

1. Interprétation du « caractère » du matériel :

Les différents matériaux de film présentent des caractéristiques très différentes. Le PET (Mylar) présente une résistance élevée et une faible ductilité, nécessitant une tension plus stable et précise ; le PE (Polyéthylène) et le PP (Polypropylène) présentent une ductilité élevée, et une tension excessive peut facilement entraîner une déformation par traction ; le CPP (Polypropylène coulé) et les feuilles d'aluminium, etc., sont très froissés et nécessitent une tension faible et extrêmement uniforme. Les experts peuvent évaluer préliminairement si la tension est appropriée en se basant sur le toucher et le son du matériau, fruit d'une longue expérience.

2. L'utilisation de la tension conique :

C'est l'art le plus important du bobinage. À mesure que le diamètre du bobinage (R) augmente, la pression sur le noyau augmente considérablement si la tension constante (F) est maintenue (P = F / (2πR²)), ce qui entraîne :

• Serré à l'intérieur et lâche à l'extérieur : Le noyau est fortement comprimé, formant des plis en « chrysanthème » ou en « étoile ».

• Enroulement : Les bords du rouleau de film sont irréguliers.

• Impossible de dérouler : le rouleau de film est dur comme une pierre et écrase même le noyau.

Le contrôle de la tension de l'enroulement est la solution artistique à ce problème. Il permet de diminuer progressivement la tension d'enroulement selon une courbe (linéaire, quadratique, etc.) à mesure que le diamètre de la bobine augmente. Tout l'art réside dans le choix des courbes de conicité et des points de départ et d'arrivée :

• Réglage de la conicité : la plage courante est de 10 % à 50 %. Plus le matériau est souple et sujet à la déformation (comme le PE), plus la conicité est élevée. Plus le matériau est dur (par exemple, le PET), plus la conicité est faible.

Expérience et expérimentation : Il n’existe pas de solution miracle. La courbe de conicité optimale doit être déterminée par de multiples essais, en coupant la bobine de film pour observer les conditions internes de l’intercouche et en recherchant la forme d’enroulement idéale : « serré à l’extérieur et lâche à l’intérieur ».

3. Réglage fin des processus dynamiques :

Compensation d'accélération : Lors des phases de démarrage et de montée en puissance, l'inertie du système peut provoquer un pic de tension instantané. L'art consiste à anticiper ce choc et à appliquer une compensation inverse à l'avance (par exemple, en donnant un bref coup de pouce au moteur de déroulement) afin d'adoucir la transition.

• Réaction à la réception du matériau : Dès que les tambours anciens et nouveaux sont connectés, le système de tension subit une forte perturbation. La capacité à calmer rapidement l'oscillation et à rétablir la stabilité est un test de l'algorithme du contrôleur et de la capacité de prédiction de l'opérateur.

3. Le secret essentiel : l’intégration de la science et de l’art

Pour obtenir un fonctionnement stable et optimal de la machine de refendage, il est nécessaire d'intégrer parfaitement la science et l'art.

1. Un étalonnage précis du système est indispensable : il garantit une précision absolue du point zéro et de la plage de mesure du capteur de tension, du codeur de vitesse et du cylindre à rouleaux flottants. C'est la base de tous les calculs scientifiques.

2. Paramétrage de « rigide et souple » :

◦ Échelle (P) : Détermine la vitesse de réponse du système. Si la valeur P est trop élevée, le système oscille facilement (trop dur), et si elle est trop faible, la réponse est lente (trop souple).

◦ Intégration (I) : Élimine les erreurs statiques. Une valeur I trop élevée provoque une oscillation de dépassement.

◦ Différentiel (D) : Prédire la tendance et supprimer les oscillations. Mais sensible au bruit.

L'art consiste à trouver un ensemble de paramètres PID qui réagissent rapidement et suppriment en douceur les perturbations pour différents matériaux (par exemple, dural ou flexible). Cela nécessite souvent des essais et une expérience approfondie.

3. Compensation active de tout le diamètre de la bobine : Le système avancé calculera le changement du diamètre de la bobine en temps réel et compensera activement l'impact du changement du moment d'inertie causé par le rouleau de déroulement/rembobinage, au lieu d'attendre que la tension fluctue avant de corriger, pour obtenir le contrôle actif de la « résistance à l'ennemi à l'extérieur du pays ».

4. Un bon entretien mécanique est essentiel : aussi performant soit-il, le système de commande nécessite une base mécanique solide. Le parallélisme et le faux-rond des rouleaux, la fluidité des roulements, le jeu de la transmission, etc., sont autant de problèmes mécaniques qui peuvent compromettre la stabilité de la tension.

conclusion

Le contrôle de la tension de la machine de refendage de film n'est en aucun cas une simple « tension » ou « relaxation ». Il s'agit d'un écosystème dynamiquement équilibré.

• La science fournit des outils puissants : des capteurs de haute précision, des automates programmables à grande vitesse, des modèles d’algorithmes avancés, qui constituent le « cerveau et les nerfs » du système.

• L'art donne l'âme du système : c'est la compréhension profonde des propriétés des matériaux par l'ingénieur, l'ingéniosité de la courbe de tension conique et la compréhension précise des paramètres PID.

Le véritable secret réside dans l'utilisation de la pensée artistique et de l'expérience pour harmoniser et optimiser, en s'appuyant sur des outils et principes scientifiques, et permettre ainsi aux machines en acier froid de contrôler avec précision et précision des films aussi fins que des ailes de cigale, et de réaliser la transformation magique de la matière première en produits finis de haute qualité. Seule la maîtrise de cette méthode permet de contrôler la machine de refendage, de la rendre fluide et stable, et de produire des rouleaux de film impeccables.