关键词：变频器 PID 张力控制

 

    1 引言

 

    一般而言，塑料薄膜机械对传动系统的要求有以下几点：

 

    (1) 能在一定范围内平滑调速，通过调节主电机、牵引电机的转速来生产不同规格的产品；
    (2) 启动、停止平稳，因为塑料机是恒转矩负载，启动、停止平稳可避免太大的机械冲击，另一方面也可减少启动过程中的不合格产品；
    (3) 电机只需单方向运行；
    (4) 性能稳定，工作可靠。

 

    为达到以上目的，在塑料机械传动的发展史上，曾相继采用过直流调速、电磁调速，但目前已经越来越多地采用了交流变频调速。综合多年的变频使用经验，采用变频器的目的包括：

 

    (1) 节约能源：根据变频器的运行V/f曲线可知，变频器是恒转矩输出的，与其它调速系统相比，平均节约电能达30%以上，在低速运行节能效果更加显著；
    (2) 提高产品质量：变频调速性能相当稳定；
    (3) 减少启动时对电网的冲击，启动电流可控制在额定电流内不构成对电压冲击；
    (4) 减少启动时对机械的冲击，平滑启动可延长机械的使用寿命；
    (5) 满足无级调速要求，调速简单、操作方便；
    (6) 保护功能强大。

 

    本文将主要介绍了汇川变频器MD320在塑料薄膜机械的三个典型应用，即吹膜机、制袋机和复合机。

 

    2 变频器在吹膜机中的应用

    主机传动是塑料挤出机的主要组成部分之一，它的作用是驱动挤出机的螺杆，并使螺杆能在选定的工艺条件下(如机头压力、温度、转速等)，以必需的转矩和转速均匀地旋转，完成挤出过程。它在其适用的范围内能够提供最大的转矩输出和一定的可调速范围，同时还应使用可靠、维修方便。

 

    塑料薄膜的生产是塑料颗粒经加热后用挤压的方法挤出，由压缩空气吹成塑料薄膜袋子，经牵引机在定型套上冷却定型，再由卷取机卷成成品。对于牵引电机的控制必须引入牵引比的概念，就是牵引辊的速度和机头口模处物料的挤出速度之比。通常牵引比为4~6，太大薄膜易拉断，且厚度控制较困难。因此，牵引电机的控制必须与挤出电机同步且通过电位器可以方便将挤出速度按照牵伸比进行比例调整放大(本方案中采用信号放大器)。

 

    卷取装置的作用是将薄膜卷取成卷，并且使成卷的薄膜平整无皱纹，卷边整齐，卷轴上薄膜应松紧适中，以防止薄膜拉伸变形，保证质量。因此，要求卷取装置保证一定的卷取速度，这个速度不随膜管的直径变化而变化，并与牵引速度相匹配。为保证恒张力收卷，一般吹膜机还会装设有浮动辊。通过浮动辊位置的变化，将会送出一个相应的电压信号给变频器，同时通过PID进行调节收卷的速度以保证浮动辊稳定在某一位置。

 

    在本系统中，采用了比较普遍的表面卷取，它是由电动机通过带或链带动主动辊，卷取辊靠在主动辊上，依靠二者之间的摩擦力带动卷取辊卷在卷取辊上。这种卷取线速度取决于主动辊的圆周速度，而不受膜卷的直径而变化。

 

    MD320变频器有个重要的特点就是频率源的自由组合，如在本方案中，要考虑到主动辊卷取电机既不能单独工作在张力PID闭环状态，这样会造成在主机升速过程中响应滞后，也不能单独采用速度跟随牵引电机，这样会造成张力不稳，而应该采用以速度跟随为主、PID控制为辅的控制方案。对于MD320来讲，只需要设定两种频率源(主速度AI1+PID微调)即可，而微调的幅度也可以随意设定。这样一来，控制就非常方便。

 

    本系统的控制方式参见图1，挤出电机M1采用无速度传感器的矢量控制方式，以保证挤出的高转矩和高精度速度控制；牵引电机M2的速度通过M1的输出按照牵伸比进行信号放大来控制；卷取电机M3的速度则由牵引电机M2和浮动辊信号进行PID微调控制。

 

图1 吹膜机变频控制

 

    汇川变频器的参数设置如下：

 

    M1： F0-01=0(无速度传感器控制方式)； F0-02=1(端子运行命令)； F0-03=2(AI1)； F0-07=0(主频率源X)； F4-00=1(正转运行)； F5-07=0(AO1输出运行频率)；

M2： F0-02=1(端子运行命令)； F0-03=2(AI1)； F0-07=0(主频率源X)； F5-07=0(AO1输出运行频率)；