卷料处理的场景是多样性的，在现实的机器控制中，其存在多种机械模式、采样模式的卷料控制需求。模块化和智能化控制对于提升卷料处理效率有哪些帮助？
本文图片来源 ：贝加莱
在印刷、包装、塑料和纺织各个领域，都有针对卷料的处理，包括印刷中纸张/薄膜的收放料，塑料薄膜的挤出、吹膜、分切、包装的卷材放卷、裁切，纺织机械的纤维加捻、经编等多种应用场景，都存在着较多的卷筒料的处理。
在卷料处理中常见的问题主要包括：
加速过程：对于卷料而言，在其升降速期间，加速度使得机械部件产生弹性形变以及负载惯量产生的阻力，均会影响材料输送的品质-也会影响后续的加工品质。
轴同步：所有轴的精确速度同步是材料张力稳定的关键，而张力稳定对于印刷、包装加工是基础保障。
未知的卷径：持续变化的卷径估算精度决定了速度同步精度，进而影响张力控制的精度。
变惯量系统：随着料卷的直径变化，整个材料的物理重量也在发生变化，这使得传动系统的负载惯量跟着发生变化。
不均匀缠绕：材料进入生产前的卷材并不能稳定且均匀的被收卷，造成内陷或蝴蝶型缺陷。
死区时间：对于不同材料的死区时间必须得到有效补偿；
材料打滑：在运动过程中的打滑，也会影响放卷/收料的稳定性；材料本身的参数变化、噪音信号、色标检测、过程同步等等，都会影响整个材料的卷取控制，进而影响工艺品质与效率。
贝加莱mappWebHandling是专门针对这些材料的卷取控制而开发的模块，基于贝加莱在印刷、包装、塑料、纺织等工业装备领域的丰富知识积累而开发的标准化模块。
卷料控制的整体思想
在卷料的处理中，必须将其纳入到整个机器的控制中，因为除了放卷和收卷，也需要材料的裁印刷、烘干、裁切等进行协作。如图1所示，从机器的设计视角，机器由多个最小的机电单元、工艺处理软件、状态驱动下的协作构成。最小机电单元如放卷轴由轴芯和材料形成的卷构成，连接减速器、伺服电机、驱动器、传感器构成最小的机电单元，而机器则是在放卷、牵引、印刷、裁切、烘干、收卷多个机电单元构成。这些单元经由运动控制的状态、控制的状态进行协作，经由控制器进行统一的通信、调度，以实现高速的稳定运行。
▲图1：模块划分与群组处理。
材料在整个机器的不同区域他们分别处于不同的控制状态，放卷卷径在不断变小而收卷则在变大，而输送过程则需要实现速度和位置同步关系，以及裁切中的电子凸轮关系。因此，材料的处理必须根据这些变化而进行模块化设计，mappWebHandling则由卷径计算、张力控制、速度控制等构成，并与色标检测、套色、裁切等协作，共同实现机器的整体控制。如图2所示。
▲图2：局部与整体的规划设计。
如图3所示，一个典型的场景就是印刷控制，包括放卷、牵引、输送和收卷。通常被划分为多个张力区，在区域内实现稳定的张力控制的同时，也要考虑多区域之间的影响，进行解耦控制。
▲图3：张力机电控制模式。
卷材处理的场景是多样性的，例如像卷筒印刷机属于放卷-收卷模式，锂电圆柱电池属于多种材料放卷单-收卷、分切属于单个放卷多个收卷、纸张模切有放卷加裁切无收卷。因此，在现实的机器控制中，其存在多种机械模式、采样模式的卷料控制需求。
mapp模块针对各种场景，如驱动内电流控制的扭矩控制模式，以及采用张力传感器的闭环检测，通过摆辊位置/角度检测的摆辊定位控制。适应各种张力控制的场景，如卷对卷（R2R）、多卷复合、流延收卷、分切等多种卷料的机械结构和处理模式。
材料处理工艺
对于卷材的卷径计算，mapp模块中有针对卷径的计算及LQ滤波，这样可以让卷径更为平滑，由驱动系统进行处理。另外，通过扭矩前馈也可以提高高速收放卷的响应能力——更快的处理在升降速情况下的同步性。随着卷径变化，负载变化，系统具有自适应的速度控制能力。
色标检测与处理
在一些材料的处理中，也包括了色标检测信号的处理，除了印刷需要套色，在包装的热封、裁切，纸张的裁单张/模切、包装的贴标中的放卷/射标中，都会牵扯到色标信号的检测与裁切处理。
如图4，贝加莱的ACOPOS P3的Trigger信号输入端可以直接接入数字量的色标传感器，并直接在驱动器内进行同步计算，这种在驱动器内的直接同步计算，会大幅提高系统的响应速度。这与大部分市面上驱动器将信号接到PLC的I/O上，并由PLC循环来进行同步的模式，更高的响应能力，这会确保高速和高精度的裁切能力。
▲图4：色标检测直接进入ACOPOS P3的触发信号输入端。
材料工艺处理
除了整体控制、张力模式控制、色标配合外，在材料处理中，还有几个关键点需要被考虑：
干扰信号滤波处理：对于材料控制模型中，对于材料的控制闭环而言，其信号的干扰会影响控制的调节效果，不利于调节稳定，因为PID调节通常会带来超调，而采用输入端的卡尔曼滤波会降低这些不必要的信号扰动，进而使得系统更为稳定。另外，由于磨损带来的模型与现实的偏差，也可以通过信号的采样处理来弥补。
断料检测与处理：材料的断裂会对整个工艺过程带来较大的影响，甚至会造成设备的损坏，因此，必须能够及时检测到这种断裂的潜在风险。通过摆辊、电机转矩的异常，断裂是可以被识别的——这样就可以在控制过程中进行相应的处理，例如，同步的减速或停机处理。
收料张力锥度处理：对于卷料的各层来说，随着越向轴心的压力则会越大，其表面压力为0，这种压力差会导致材料的打滑，这个会对放卷和收卷都会造成不稳定。在收卷过程控制中，随着卷径的变化，可以通过张力的降低来获得更为柔顺的材料收卷。
mappWebHandling模块的优势
易于调试：采用高内聚低耦合的模块化思想，mappWebHandling能够针对各种卷取模式、传感器采样、工艺场景进行建模而开发。具有高度的功能适应性，易于调试。
品质控制：针对印刷、塑料材料、包装等场景，有效的提高了材料传输的稳定与精准，确保了工艺质量的稳定。
平滑与高效的机器运行：在材料换卷、工艺参数调整后，运动控制的软硬件系统同样保证高速下的平滑切换。
集成仿真：通过对材料处理的机械、控制进行建模，能够通过第三方软件或内置的自动化仿真工具进行工艺、逻辑的仿真运行，虚拟测试。
关键概念：
■ 了解卷料处理的常见问题以及应对措施。
■ 材料的处理需要根据具体应用要求的变化而进行模块化设计。
思考一下：
采用模块化解决方案对于卷料处理有哪些好处？