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臺達C2000變頻器在吹膜機張力控制的應用
發布時間：2017-03-09
點擊量：2125
吹膜機生產的膜適用于各種薄膜包裝。這種膜由于其阻隔性好，保鮮，防濕，防霜凍，隔氧，耐油，可廣泛用于輕重包裝。如各種鮮果、肉食品、醬菜、鮮牛奶、液體飲料、醫藥用品，甚至農用薄膜等。這次主要是在變頻器力矩控制方式替換某日系品牌變頻器的成功案例，并已取得批量出貨。
1 吹膜機原理
吹膜機是將塑膠粒子加熱融化再吹成薄膜，將干燥的聚乙烯粒子通過下料斗進入螺桿，然后通過螺桿將塑膠粒子向前推移，推移過程中，由于塑膠與螺桿、塑膠與機筒之間的摩擦以及粒子間的碰撞磨擦，和料筒外部加熱逐步熔化。熔融的塑膠機頭模口出來，經風環冷卻，吹脹后經過人字擋板，和牽引滾筒壓成薄膜收卷成筒。吹膜機的出料速度可達20～100m/min，甚至較高達200m/min以上。多層共擠吹薄膜機生產出的薄膜具有高透明、耐穿刺、高韌性、低溫熱切性佳、復合牢度佳、防卷曲性等特點。
圖1 吹膜機
2 吹膜機的機械結構
吹膜機的機械結構主要由三部分組成：擠出機、吹膜定形機構和收卷機構，其結構示意圖如圖2。
圖2 吹膜機結構示意圖
2.1 擠出機
主要由螺桿、加熱筒、料斗、減速機及驅動電機組成，驅動電機采用變頻調速，通過帶動減速器使螺桿在加熱筒中作旋轉運動；塑膠顆粒從料斗進入螺桿加熱筒，并且在被外部加熱的情況下熔化，熔融的塑膠經三通過濾從模頭模口擠來。
2.2 吹膜定形機構
由模頭、冷卻風環裝置、風管、鼓風機、牽引架、人字板、牽引輥等組成，牽引輥主要是為了保證恒定的吹膜成形的拉伸速度。為了滿足生產過程中對塑膠薄膜包裝材料一些特殊功能的需要，將多種特性材料，如透氣、防水、保溫、韌性等，吹膜并共擠在一起，形成多功能的塑膠薄膜。
2.3 收卷機構
由輔助牽引輥、收料架、分切刀、收卷棍A、收卷棍B、一臺輔助牽引電機和兩臺收卷電機等組成。輔助牽引輥的作用是對生産材料產生一個向前的拉力，以保證薄膜恒定的線速度送出；收卷棍A和B是卷取薄膜的主要機構，負責把分切好的兩層薄膜分別收卷成型；而恒定的收卷力是整個收卷機構的關鍵，較終會影響薄膜收卷的質量。
圖3 收卷機構
圖4 收卷機構示意圖
3 TQC Sensorless控制原理圖
TQC Sensorless控制原理圖圖圖5所示。
圖5 TQC Sensorless控制原理
4 方案選型
表1為收卷機構選型型號。
表1 收卷機構選型型號
5 C2000變頻器參數調整
5.1 主牽引輥變頻器VFD037C43A
相關參數如表2所示。
表2 主牽引輥變頻器VFD037C43A相關參數
5.2 輔助牽引輥（與主牽引輥傳動比一樣）變頻器VFD022C43A
（1）脫開負載，在V/F速度模式下動態偵測電機特性：05-00=1，運行變頻器，進入動態偵測。
（2）設定00-13=2，再進行"感應電機"磁通曲線動態量測05-00=6，再次運行變頻器，進入磁通曲線動態量測。
（3）隨后設定05-00=12，運行變頻器，做電機的慣量估測，完畢后設定和確認參數，具體如表3所示。
表3 輔助牽引輥參數設置
5.3 收卷機構變頻器VFD015C43A
2臺收卷機構變頻器VFD015C43A，設定參數與輔助牽引輥相似：
（1）脫開負載，在V/F速度模式下動態偵測電機特性：05-00=1，運行變頻器，進入動態偵測。
（2）設定00-13=2，再進行"感應電機"磁通曲線動態量測05-00=6，再次運行變頻器，進入磁通曲線動態量測。
（3）再把05-00=12，運行一下變頻器，做電機的慣量估測，完畢后設定和確認以下參數。
表4 收卷機構變頻器VFD015C43A
圖6 收卷機各功能示意圖
6 應用效果
在現場經過測試和參數調整后，基本滿足要求。C2000變頻器在客戶要求的輸出力矩范圍內，測試靜態張緊薄膜、動態全速50Hz輸出、收卷薄膜材料等均能保證穩定收卷張力，沒有抖動現象，因而客戶對其控制效果表示滿意。
7 結束語
之前我們曾經使用過VE系列變頻器，加PG卡以及編碼器反饋電機轉速，做FOC+PG的張力控制。對此，客戶反映在電機上安裝編碼器不方便，若購買加編碼器的電機成本又相對高，而且后期的編碼器若損壞維護不方便。此外，調試工作量大，難度大，對調試人員的技術要求比較高，推廣困難。現測試C2000系列變頻器的TQC Sensorless控制方式無需PG卡和電機編碼器反饋，以及張力傳感器反饋，即可實現無傳感器轉矩控制，參數調整少，簡單易用，方便推廣。既省下了張力傳感器、編碼器和PG卡的成本，又減少了維護成本和故障發生點，因此客戶對此比較滿意和認同。但這種屬于開環轉矩控制，用在收放卷張力控制時用戶需要根據卷徑和本身收放卷過程中質量變化，自行調整所需的轉矩命令。C2000的TQC_Sensorless在收放卷的力矩控制功能已初步試用完成，并在當地客戶小批量出貨，到目前為止客戶都反映效果很好。
1 吹膜機原理
吹膜機是將塑膠粒子加熱融化再吹成薄膜，將干燥的聚乙烯粒子通過下料斗進入螺桿，然后通過螺桿將塑膠粒子向前推移，推移過程中，由于塑膠與螺桿、塑膠與機筒之間的摩擦以及粒子間的碰撞磨擦，和料筒外部加熱逐步熔化。熔融的塑膠機頭模口出來，經風環冷卻，吹脹后經過人字擋板，和牽引滾筒壓成薄膜收卷成筒。吹膜機的出料速度可達20～100m/min，甚至較高達200m/min以上。多層共擠吹薄膜機生產出的薄膜具有高透明、耐穿刺、高韌性、低溫熱切性佳、復合牢度佳、防卷曲性等特點。
圖1 吹膜機
2 吹膜機的機械結構
吹膜機的機械結構主要由三部分組成：擠出機、吹膜定形機構和收卷機構，其結構示意圖如圖2。
圖2 吹膜機結構示意圖
2.1 擠出機
主要由螺桿、加熱筒、料斗、減速機及驅動電機組成，驅動電機采用變頻調速，通過帶動減速器使螺桿在加熱筒中作旋轉運動；塑膠顆粒從料斗進入螺桿加熱筒，并且在被外部加熱的情況下熔化，熔融的塑膠經三通過濾從模頭模口擠來。
2.2 吹膜定形機構
由模頭、冷卻風環裝置、風管、鼓風機、牽引架、人字板、牽引輥等組成，牽引輥主要是為了保證恒定的吹膜成形的拉伸速度。為了滿足生產過程中對塑膠薄膜包裝材料一些特殊功能的需要，將多種特性材料，如透氣、防水、保溫、韌性等，吹膜并共擠在一起，形成多功能的塑膠薄膜。
2.3 收卷機構
由輔助牽引輥、收料架、分切刀、收卷棍A、收卷棍B、一臺輔助牽引電機和兩臺收卷電機等組成。輔助牽引輥的作用是對生産材料產生一個向前的拉力，以保證薄膜恒定的線速度送出；收卷棍A和B是卷取薄膜的主要機構，負責把分切好的兩層薄膜分別收卷成型；而恒定的收卷力是整個收卷機構的關鍵，較終會影響薄膜收卷的質量。
圖3 收卷機構
圖4 收卷機構示意圖
3 TQC Sensorless控制原理圖
TQC Sensorless控制原理圖圖圖5所示。
圖5 TQC Sensorless控制原理
4 方案選型
表1為收卷機構選型型號。
表1 收卷機構選型型號
|
序號
|
機構
|
型號
|
|
1
|
擠出電機A
|
VFD185B43A
|
|
2
|
擠出電機B
|
VFD185B43A
|
|
3
|
主牽引輥
|
VFD037C43A
|
|
4
|
輔助牽引輥
|
VFD022C43A
|
|
5
|
收卷機構A
|
VFD015C43A
|
|
6
|
收卷機構B
|
VFD015C43A
|
5 C2000變頻器參數調整
5.1 主牽引輥變頻器VFD037C43A
相關參數如表2所示。
表2 主牽引輥變頻器VFD037C43A相關參數
|
Pr. No
|
Description
|
Data
|
Note
|
|
00-10
|
控制模式
|
0
|
速度模式
|
|
00-11
|
速度模式控制選擇
|
0
|
V/F（感應電機 V/F 控制）
|
|
00-20
|
頻率指令來源設定（AUTO）
|
2
|
由外部模擬輸入（參數03-00）
|
|
00-21
|
運轉指令來源設定（AUTO）
|
1
|
外部端子操作
|
|
01-12
|
頭一加速時間設定
|
5.0
|
sec （具體值視實際情況調整）
|
|
01-13
|
頭一減速時間設定
|
2.00
|
sec （具體值視實際情況調整）
|
|
03-00
|
AVI 模擬輸入功能選擇
|
1
|
頻率命令
|
|
03-20
|
多功能輸出1 (AFM1)
|
0
|
輸出頻率 (Hz)
|
（1）脫開負載，在V/F速度模式下動態偵測電機特性：05-00=1，運行變頻器，進入動態偵測。
（2）設定00-13=2，再進行"感應電機"磁通曲線動態量測05-00=6，再次運行變頻器，進入磁通曲線動態量測。
（3）隨后設定05-00=12，運行變頻器，做電機的慣量估測，完畢后設定和確認參數，具體如表3所示。
表3 輔助牽引輥參數設置
|
Pr. No
|
Description
|
Data
|
Note
|
|
00-10
|
控制模式
|
2
|
轉矩模式
|
|
00-13
|
轉矩模式控制選擇
|
2
|
TQC Sensorless
(感應電機無感測轉矩控制)
|
|
00-20
|
頻率指令來源設定（AUTO）
|
2
|
由外部模擬輸入（參數03-00）
|
|
00-21
|
運轉指令來源設定（AUTO）
|
1
|
外部端子操作
|
|
01-12
|
頭一加速時間設定
|
3.0
|
sec （具體值視實際情況調整）
|
|
01-13
|
頭一減速時間設定
|
2.00
|
sec （具體值視實際情況調整）
|
|
03-00
|
AVI 模擬輸入功能選擇
|
1
|
頻率命令
(轉矩控制模式下的轉速限制)
|
|
03-02
|
AUI 模擬輸入功能選擇
|
2
|
轉矩命令
|
|
03-20
|
多功能輸出1 (AFM1)
|
0
|
輸出頻率 (Hz)
|
|
11-33
|
轉矩命令來源
|
2
|
模擬量信號（參考03-00）
|
|
11-36
|
速度限制選擇
|
0
|
參考參數11-37/11-38
|
|
11-37
|
轉矩控制正向速度限制
|
60
|
%
|
|
11-38
|
轉矩控制反向速度限制
|
30
|
%
|
5.3 收卷機構變頻器VFD015C43A
2臺收卷機構變頻器VFD015C43A，設定參數與輔助牽引輥相似：
（1）脫開負載，在V/F速度模式下動態偵測電機特性：05-00=1，運行變頻器，進入動態偵測。
（2）設定00-13=2，再進行"感應電機"磁通曲線動態量測05-00=6，再次運行變頻器，進入磁通曲線動態量測。
（3）再把05-00=12，運行一下變頻器，做電機的慣量估測，完畢后設定和確認以下參數。
表4 收卷機構變頻器VFD015C43A
|
Pr. No
|
Description
|
Data
|
Note
|
|
00-10
|
控制模式
|
2
|
轉矩模式
|
|
00-13
|
轉矩模式控制選擇
|
2
|
TQC Sensorless
(感應電機無感測轉矩控制)
|
|
00-20
|
頻率指令來源設定（AUTO）
|
2
|
由外部模擬輸入（參數03-00）
|
|
00-21
|
運轉指令來源設定（AUTO）
|
1
|
外部端子操作
|
|
01-12
|
頭一加速時間設定
|
3.0
|
sec （具體值視實際情況調整）
|
|
01-13
|
頭一減速時間設定
|
2.00
|
sec （具體值視實際情況調整）
|
|
03-00
|
AVI 模擬輸入功能選擇
|
1
|
頻率命令
(轉矩控制模式下的轉速限制)
|
|
03-02
|
AUI 模擬輸入功能選擇
|
2
|
轉矩命令
|
|
03-11
|
AVI 模擬輸入增益
|
83
|
%（具體值視實際傳動比調整）
|
|
11-33
|
轉矩命令來源
|
2
|
模擬量信號（參考03-00）
|
|
11-36
|
速度限制選擇
|
0
|
參考參數11-37/11-38
|
|
11-37
|
轉矩控制正向速度限制
|
80
|
%
|
|
11-38
|
轉矩控制反向速度限制
|
30
|
%
|
圖6 收卷機各功能示意圖
6 應用效果
在現場經過測試和參數調整后，基本滿足要求。C2000變頻器在客戶要求的輸出力矩范圍內，測試靜態張緊薄膜、動態全速50Hz輸出、收卷薄膜材料等均能保證穩定收卷張力，沒有抖動現象，因而客戶對其控制效果表示滿意。
7 結束語
之前我們曾經使用過VE系列變頻器，加PG卡以及編碼器反饋電機轉速，做FOC+PG的張力控制。對此，客戶反映在電機上安裝編碼器不方便，若購買加編碼器的電機成本又相對高，而且后期的編碼器若損壞維護不方便。此外，調試工作量大，難度大，對調試人員的技術要求比較高，推廣困難。現測試C2000系列變頻器的TQC Sensorless控制方式無需PG卡和電機編碼器反饋，以及張力傳感器反饋，即可實現無傳感器轉矩控制，參數調整少，簡單易用，方便推廣。既省下了張力傳感器、編碼器和PG卡的成本，又減少了維護成本和故障發生點，因此客戶對此比較滿意和認同。但這種屬于開環轉矩控制，用在收放卷張力控制時用戶需要根據卷徑和本身收放卷過程中質量變化，自行調整所需的轉矩命令。C2000的TQC_Sensorless在收放卷的力矩控制功能已初步試用完成，并在當地客戶小批量出貨，到目前為止客戶都反映效果很好。
