淺談塑料擠出機(jī)的變頻控制系統(tǒng)
塑料擠出機(jī)是制造塑料片材、薄膜、各種異型管材等的機(jī)械生產(chǎn)線設(shè)備，以往大多采用直流傳動(dòng)或電磁調(diào)速控制，前者維護(hù)繁雜而且費(fèi)用巨大，影響設(shè)備的使用效率，后者調(diào)速精度低、產(chǎn)品檔次低，這些都在很大程度上影響了擠出機(jī)的發(fā)展。由于交流變頻技術(shù)在我國(guó)近幾年得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，而且變頻調(diào)速在頻率范圍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、調(diào)速精度、低頻轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、通信功能、智能控制、功率因素、工作效率和使用方便等方面是以往的調(diào)速方式是無(wú)法比擬的，所以深受擠出機(jī)制造企業(yè)的青睞，在新型的擠出機(jī)械中均采用了高性能的變頻器，同時(shí)原有的舊擠出機(jī)設(shè)備也將進(jìn)入新一輪的改造期。
在眾多的變頻器品牌中，本系統(tǒng)采用的是艾默生EV2000變頻器，它具有優(yōu)化空間矢量PWM調(diào)制、高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)等一系列功能，并且該產(chǎn)品具有超出同類(lèi)產(chǎn)品的防跳閘性能和適應(yīng)惡劣電網(wǎng)、溫度、濕度和粉塵能力，極大提高了產(chǎn)品的可靠性，已經(jīng)在很多機(jī)械制造業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，如造紙機(jī)、吸塑成型機(jī)、拉絲機(jī)、擠出機(jī)等。
在此，不妨以塑料薄膜的擠出機(jī)為例，通過(guò)引入EV2000系列變頻器，介紹一下塑料薄膜擠出生產(chǎn)線的速度同步控制和自動(dòng)卷取張力控制系統(tǒng)。
在塑料薄膜制造的過(guò)程中，顆粒原料從擠出電機(jī)帶動(dòng)的螺桿擠出機(jī)成型后，經(jīng)過(guò)吹壓后經(jīng)過(guò)拉料輥電機(jī)帶動(dòng)的拉料輥等進(jìn)入導(dǎo)輥，接著送入張力輥，最后由卷取電機(jī)帶動(dòng)進(jìn)行中心卷取成塑料薄膜卷筒。這樣的系統(tǒng)共需要對(duì)4臺(tái)交流電機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)控制，涉及到多傳動(dòng)控制和張力控制等內(nèi)容。
擠出機(jī)變頻控制系統(tǒng)
在塑料薄膜擠出生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，需要速度同步的共有3臺(tái)電機(jī)，即擠出電機(jī)、拉料輥電機(jī)、導(dǎo)輥電機(jī)互相同步。為實(shí)現(xiàn)以上思想，我們采用對(duì)擠出電機(jī)進(jìn)行主速度給定，其余的拉料輥電機(jī)和導(dǎo)輥電機(jī)的同步速度信號(hào)分別取自前一電機(jī)的實(shí)際速度值，并可通過(guò)電位器進(jìn)行速度微調(diào)。如此一來(lái)，只要改變擠出電機(jī)的速度給定，拉料輥電機(jī)和導(dǎo)輥電機(jī)的速度也隨之同步變化，而且變化不帶有時(shí)滯性。
對(duì)于同步的速度控制，EV2000變頻器采用開(kāi)環(huán)速度控制。
擠出機(jī)卷取屬于中心卷取形式，它對(duì)于變頻器的要求是：（1）具有很強(qiáng)的制動(dòng)力，才能克服大慣量的塑料薄膜卷筒；（2）具有恒功率特性；（3）具有高輸出頻率以保證卷取電機(jī)高速運(yùn)行。
擠出機(jī)的卷取張力控制
張力測(cè)量原理
張力傳感器放置在張力輥的支持軸承下方，由剛性材料做成，它只對(duì)水平方向的張力起作用。當(dāng)一定張力的塑料薄膜通過(guò)張力輥時(shí)，張力分成兩部分（水平方向的力FR和垂直方向的力FV）。設(shè)張力為T(mén)，F(xiàn)T為張力輥和軸承的重力，α、β為紙幅的夾角，則
FR＝T x (cosβ - cosα)
FV= T x (sinα － sinβ) + FT
根據(jù)張力傳感器的值FR就可以計(jì)算出塑料薄膜的張力值T。
張力傳感器的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈正確通過(guò)傳感器的四個(gè)孔（其中初級(jí)線圈為激勵(lì)線圈，次級(jí)線圈為感應(yīng)線圈）。在正常情況下（即無(wú)水平張力）初級(jí)線圈的感應(yīng)磁場(chǎng)里，由于孔的合理放置，次級(jí)線圈無(wú)感應(yīng)電壓產(chǎn)生。
當(dāng)水平張力T作用在傳感器上時(shí)，初級(jí)線圈的電磁場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生變化，從而次級(jí)線圈就會(huì)感應(yīng)出相應(yīng)的電壓。一旦水平張力作用改變方向，次級(jí)線圈的電壓極性也相應(yīng)改變。
張力傳感器的激勵(lì)信號(hào)為330HZ、0.5A的交流信號(hào)，張力作用的大小反映在輸出信號(hào)的幅度上，張力的方向則反映在輸出信號(hào)的極性上。信號(hào)放大器的作用就是先過(guò)濾為DC信號(hào)，然后通過(guò)增益運(yùn)算放大器，最后可以輸出張力控制所需的張力信號(hào)（0～10V或4～20mA）。
張力開(kāi)環(huán)控制
薄膜卷在剛完成換卷時(shí)，由于張力的變化比較大，如果采用PI閉環(huán)控制容易造成較大的超調(diào)量，導(dǎo)致薄膜幅面抖動(dòng)頻繁，此時(shí)如果采用開(kāi)環(huán)控制就比較具有優(yōu)勢(shì)。
如果觀察到實(shí)際的幅面張力和設(shè)定張力相當(dāng)接近時(shí)，可以按手動(dòng)張力投運(yùn)按鈕，就可以進(jìn)入張力閉環(huán)控制模塊的循環(huán)中。
張力閉環(huán)控制
卷取電機(jī)的張力實(shí)際值是位于它前面張力輥下張力傳感器的實(shí)際值，通過(guò)檢測(cè)該處的張力情況，來(lái)控制卷取電機(jī)的速度，從而形成一個(gè)張力閉環(huán)。卷取電機(jī)的速度加快，則塑料薄膜拉緊，張力的實(shí)際值就會(huì)上升；相反，速度降低，則塑料薄膜垂，張力的實(shí)際值就下降。
由于在卷取過(guò)程中，卷取的線速度基本與導(dǎo)輥的線速度相同，而卷取的直徑在不斷增加，從而導(dǎo)致卷取電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度在不斷減少，通過(guò)張力閉環(huán)控制可以自動(dòng)調(diào)節(jié)速度的降低情況。EV2000變頻器內(nèi)置PI功能，對(duì)變頻器的VCI、CCI進(jìn)行反饋量和給定量的設(shè)置，即可組成閉環(huán)PI控制。通常為了獲得高的分辨率，需設(shè)置反饋增益、增益極性、反饋偏置、偏置極性。
