摘要：本文將主要介紹了匯川變頻器MD320在塑料薄膜機(jī)械的三個典型應(yīng)用，即吹膜機(jī)、制袋機(jī)和復(fù)合機(jī)。
關(guān)鍵詞：變頻器 PID 張力控制

1 引言

一般而言，塑料薄膜機(jī)械對傳動系統(tǒng)的要求有以下幾點(diǎn)：

(1) 能在一定范圍內(nèi)平滑調(diào)速，通過調(diào)節(jié)主電機(jī)、牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速來生產(chǎn)不同規(guī)格的產(chǎn)品；
(2) 啟動、停止平穩(wěn)，因為塑料機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，啟動、停止平穩(wěn)可避免太大的機(jī)械沖擊，另一方面也可減少啟動過程中的不合格產(chǎn)品；
(3) 電機(jī)只需單方向運(yùn)行；
(4) 性能穩(wěn)定，工作可靠。

為達(dá)到以上目的，在塑料機(jī)械傳動的發(fā)展史上，曾相繼采用過直流調(diào)速、電磁調(diào)速，但目前已經(jīng)越來越多地采用了交流變頻調(diào)速。綜合多年的變頻使用經(jīng)驗，采用變頻器的目的包括：

(1) 節(jié)約能源：根據(jù)變頻器的運(yùn)行V/f曲線可知，變頻器是恒轉(zhuǎn)矩輸出的，與其它調(diào)速系統(tǒng)相比，平均節(jié)約電能達(dá)30%以上，在低速運(yùn)行節(jié)能效果更加顯著；
(2) 提高產(chǎn)品質(zhì)量：變頻調(diào)速性能相當(dāng)穩(wěn)定；
(3) 減少啟動時對電網(wǎng)的沖擊，啟動電流可控制在額定電流內(nèi)不構(gòu)成對電壓沖擊；
(4) 減少啟動時對機(jī)械的沖擊，平滑啟動可延長機(jī)械的使用壽命；
(5) 滿足無級調(diào)速要求，調(diào)速簡單、操作方便；
(6) 保護(hù)功能強(qiáng)大。

本文將主要介紹了匯川變頻器MD320在塑料薄膜機(jī)械的三個典型應(yīng)用，即吹膜機(jī)、制袋機(jī)和復(fù)合機(jī)。

2 變頻器在吹膜機(jī)中的應(yīng)用
主機(jī)傳動是塑料擠出機(jī)的主要組成部分之一，它的作用是驅(qū)動擠出機(jī)的螺桿，并使螺桿能在選定的工藝條件下(如機(jī)頭壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等)，以必需的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均勻地旋轉(zhuǎn)，完成擠出過程。它在其適用的范圍內(nèi)能夠提供最大的轉(zhuǎn)矩輸出和一定的可調(diào)速范圍，同時還應(yīng)使用可靠、維修方便。

塑料薄膜的生產(chǎn)是塑料顆粒經(jīng)加熱后用擠壓的方法擠出，由壓縮空氣吹成塑料薄膜袋子，經(jīng)牽引機(jī)在定型套上冷卻定型，再由卷取機(jī)卷成成品。對于牽引電機(jī)的控制必須引入牽引比的概念，就是牽引輥的速度和機(jī)頭口模處物料的擠出速度之比。通常牽引比為4~6，太大薄膜易拉斷，且厚度控制較困難。因此，牽引電機(jī)的控制必須與擠出電機(jī)同步且通過電位器可以方便將擠出速度按照牽伸比進(jìn)行比例調(diào)整放大(本方案中采用信號放大器)。

卷取裝置的作用是將薄膜卷取成卷，并且使成卷的薄膜平整無皺紋，卷邊整齊，卷軸上薄膜應(yīng)松緊適中，以防止薄膜拉伸變形，保證質(zhì)量。因此，要求卷取裝置保證一定的卷取速度，這個速度不隨膜管的直徑變化而變化，并與牽引速度相匹配。為保證恒張力收卷，一般吹膜機(jī)還會裝設(shè)有浮動輥。通過浮動輥位置的變化，將會送出一個相應(yīng)的電壓信號給變頻器，同時通過PID進(jìn)行調(diào)節(jié)收卷的速度以保證浮動輥穩(wěn)定在某一位置。

在本系統(tǒng)中，采用了比較普遍的表面卷取，它是由電動機(jī)通過帶或鏈帶動主動輥，卷取輥靠在主動輥上，依靠二者之間的摩擦力帶動卷取輥卷在卷取輥上。這種卷取線速度取決于主動輥的圓周速度，而不受膜卷的直徑而變化。

MD320變頻器有個重要的特點(diǎn)就是頻率源的自由組合，如在本方案中，要考慮到主動輥卷取電機(jī)既不能單獨(dú)工作在張力PID閉環(huán)狀態(tài)，這樣會造成在主機(jī)升速過程中響應(yīng)滯后，也不能單獨(dú)采用速度跟隨牽引電機(jī)，這樣會造成張力不穩(wěn)，而應(yīng)該采用以速度跟隨為主、PID控制為輔的控制方案。對于MD320來講，只需要設(shè)定兩種頻率源(主速度AI1+PID微調(diào))即可，而微調(diào)的幅度也可以隨意設(shè)定。這樣一來，控制就非常方便。

本系統(tǒng)的控制方式參見圖1，擠出電機(jī)M1采用無速度傳感器的矢量控制方式，以保證擠出的高轉(zhuǎn)矩和高精度速度控制；牽引電機(jī)M2的速度通過M1的輸出按照牽伸比進(jìn)行信號放大來控制；卷取電機(jī)M3的速度則由牽引電機(jī)M2和浮動輥信號進(jìn)行PID微調(diào)控制。

圖1 吹膜機(jī)變頻控制
匯川變頻器的參數(shù)設(shè)置如下：

M1： F0-01=0(無速度傳感器控制方式)； F0-02=1(端子運(yùn)行命令)； F0-03=2(AI1)； F0-07=0(主頻率源X)； F4-00=1(正轉(zhuǎn)運(yùn)行)； F5-07=0(AO1輸出運(yùn)行頻率)；

M2： F0-02=1(端子運(yùn)行命令)； F0-03=2(AI1)； F0-07=0(主頻率源X)； F5-07=0(AO1輸出運(yùn)行頻率)；
M3： F0-01=0(無速度傳感器控制方式)； F0-02=1(端子運(yùn)行命令)； F0-03=2(AI1)； F0-04=8(PID控制)； F0-06=20%(輔助頻率源范圍)； F0-07=1(主頻率源X＋輔助頻率源Y)；FA-00=0(張力設(shè)定為面板數(shù)據(jù))； FA-01=50%(張力設(shè)定數(shù)據(jù))； FA-02=1(張力反饋AI2)； FA-05=20(P值)； FA-06=4(積分時間)； FA-08=0.2(采樣周期)。

3 變頻器在薄膜制袋機(jī)中的應(yīng)用

塑料薄膜制袋機(jī)的控制系統(tǒng)如圖2所示，制袋封口機(jī)的溫控系統(tǒng)可以自動保持溫度恒定，焊刀封壓時間可以隨意調(diào)節(jié)，以保證焊線牢固美觀。

圖2 制袋機(jī)變頻控制
薄膜料卷經(jīng)輸送膠輥(由供料電機(jī)M1傳動)以主機(jī)制袋速度帶動后，依次進(jìn)入光電眼、焊刀、焊口校正器，最后由切刀按照設(shè)定的長度切斷后退料。

供料電機(jī)功率一般都較小，可由單相匯川變頻器MD320驅(qū)動，采用主速度與輔助速度合成的方式以保證送料的自動化。主速度由制袋電機(jī)的實際運(yùn)行速度A01決定，輔助速度為數(shù)字設(shè)定UP/DOWN端子(DI2和DI3)，合成方式為主速度+輔助速度。具體如下：當(dāng)塑料在薄膜監(jiān)視電眼2范圍時，供料電機(jī)的頻率降低(即DOWN)，當(dāng)塑料薄膜不在監(jiān)視電眼1范圍時，供料電機(jī)的頻率增加(即UP)。也就是用監(jiān)視電眼來自動控制供料速度。

制袋機(jī)的主傳動M2由三相變頻器MD320進(jìn)行調(diào)速，其核心是凸輪裝置，并形成制袋工作循環(huán)系統(tǒng)。在一般情況下，都建議安裝制動電阻以保證快速制動，同時也可以啟動直流制動功能。

主要的參數(shù)設(shè)置可以參考如下：

M1： F0-02=1(端子運(yùn)行命令)； F0-03=2(AI1)； F0-04=0(數(shù)字設(shè)定UP/DOWN，不記憶)； F0-07=1(主頻率源X+輔助頻率源Y)； F4-00=1(正轉(zhuǎn)運(yùn)行)； F4-01=6(端子UP)； F4-02=7(端子DOWN)； F4-12=2HZ(調(diào)整自動變化率)。

M2： F0-02=1(端子運(yùn)行命令)； F0-03=2(AI1)； F0-07=0(主頻率源X)； F0-17=3(加速時間)； F0-18=0.2(減速時間)；F5-07=0(A01輸出運(yùn)行頻率)； F6-13=50%(停機(jī)直流制動電流)； F6-14=0.1(停機(jī)直流制動時間)

4 變頻器在塑料復(fù)合機(jī)中的應(yīng)用

干式復(fù)合機(jī)是薄膜機(jī)械的一個重要設(shè)備，如圖3所示，復(fù)合基材薄膜卷通過放卷架，進(jìn)入牽引輥后，在復(fù)合干燥箱中進(jìn)行加熱處理，再與第二材料的薄膜進(jìn)行復(fù)合，最后由中心收卷電機(jī)進(jìn)行收卷。