歐姆龍變頻器在擠出機中的應(yīng)用

　　摘 要：塑料擠出機的原理是固態(tài)塑料在加熱和擠出機的螺桿旋轉(zhuǎn)加壓條件下熔融、塑化，通過特定形狀的口模而制成截面與口模形狀相同的連續(xù)塑料制品。本文以擠出機改造為例，介紹了多電機變頻控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：變頻器 張力控制 多電機傳動

　　1.引言

　　塑料擠出機的原理是固態(tài)塑料在加熱和擠出機的螺桿旋轉(zhuǎn)加壓條件下熔融、塑化，通過特定形狀的口模而制成截面與口模形狀相同的連續(xù)塑料制品。擠出機的傳動以往大多采用直流傳動或電磁調(diào)速控制，前者維護繁雜而且費用巨大，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的發(fā)展。

　　由于交流變頻技術(shù)在我國近幾年得到了突飛猛進的發(fā)展，而且變頻調(diào)速在頻率范圍、動態(tài)響應(yīng)、調(diào)速精度、低頻轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差補償、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)速方式是無法比擬的，所以深受擠出機制造企業(yè)的青睞，在新型的擠出機械中，尤其是塑料機械都采用了高性能的變頻器，同時原有的舊擠出機設(shè)備也將進入新一輪的改造期。

　　本文將主要介紹歐姆龍3G3MZ變頻器在塑料薄膜機械中的應(yīng)用。

　　歐姆龍3G3MZ具有以下獨特優(yōu)勢：開環(huán)矢量控制，實現(xiàn)高精度高轉(zhuǎn)矩。力矩響應(yīng)時間極短，低速度時具有轉(zhuǎn)矩自動提升功能；內(nèi)置EMI噪聲濾波器，有效提高系統(tǒng)可靠性。大幅度降低噪音干擾，避免電磁干擾其他設(shè)備導致誤動作；帶旋鈕的操作器，并可自由移動，使用簡單。

　　2.擠出機變頻控制系統(tǒng) 圖1的塑料薄膜擠出生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，需要速度同步的共有3臺電機，即擠出電機、拉料輥電機、導輥電機互相同步。為實現(xiàn)以上思想，我們采用對擠出電機進行主速度給定，其余的拉料輥電機和導輥電機的同步速度信號分別取自前一電機的實際速度值，并可通過電位器進行速度微調(diào)。如此一來，只要改變擠出電機的速度給定，拉料輥電機和導輥電機的速度也隨之同步變化，而且變化不帶有時滯性。

圖1 塑料薄膜擠出機工作原理

　　圖2所示為擠出機設(shè)備的變頻控制接線原理，前三臺電機采用3G3MZ變頻器矢量無傳感器開環(huán)速度控制以實現(xiàn)速度同步其中擠出電機的運行頻率（n2.00）設(shè)定為“2”，即由頻率指令輸入端A1決定速度同步的基準信號，輸出頻率（n3.03）為擠出電機實際的運行頻率，以此作為速度同步信號給下一臺電機拉料輥電機和導輥電機的運行頻率（n2.10）設(shè)定為“第一頻率指令＋第二頻率指令”，其中A2作為主輸入，A1作為輔助輸入，等效的輸入信號公式為：F＝A2＋（A1－5）。在這里，A端子的信號接微調(diào)電位器。一般情況下，電位器信號位于中間位置，即給定為DC 5V，此時CCI的輸入對變頻器的給定不起作用，頻率給定值信號由A2決定。當工藝生產(chǎn)上對塑料薄膜的張力需要進行放松或拉緊時，就可對A1值進行上下調(diào)整，頻率也隨著微量調(diào)節(jié)。

　　此種開環(huán)速度控制對于控制塑料薄膜擠出機等機械已經(jīng)足夠，因為歐姆龍3G3MZ變頻器具有很好的電壓線性跟隨性和高抗干擾能力，當微調(diào)某一傳動點時，該傳動點后級同步跟隨改變，前級不變。

圖2 擠出機多電機傳動系統(tǒng)接線原理

　　除了速度同步之外，薄膜收卷的卷取電機也是塑料薄膜擠出機的一個重點，現(xiàn)采用歐姆龍3G3MZ的PID切換來實現(xiàn)，在剛開機的時候，由于卷取部分的張力還沒有建立，這時采用速度同步，即通過多功能端子（s3～s6）來使PID控制失效，此時變頻器的速度指令為導輥電機的輸出同步速度信號。這是因為薄膜卷在剛完成換卷時，由于張力的變化比較大，如果采用P閉環(huán)控制容易造成較大的超調(diào)量，導致薄膜幅面抖動頻繁，此時如果采用開環(huán)控制就比較具有優(yōu)勢。等收卷部分張力開始建立后，切換到PID控制，其控制框圖如圖3所示。

圖3 擠出機卷取電機的PID控制原理

　　在圖3的張力PID控制示意圖中，卷取電機的張力實際值即PID控制反饋值（來自模擬量A1端子）是位于它前面張力輥下張力傳感器的實際值，通過檢測該處的張力情況，來控制卷取電機的速度，從而形成一個張力閉環(huán)。卷取電機的速度加快則塑料薄膜拉緊，張力的實際值就會上升；相反，速度降低則塑料薄膜垂，張力的實際值就下降。由于在卷取過程中，卷取的線速度基本與導輥的線速度相同，而卷取的直徑在不斷增加，從而導致卷取電機的實際運行速度在不斷減少，通過張力閉環(huán)控制可以自動調(diào)節(jié)速度的降低情況。

　　在張力設(shè)定中，通過輸入變頻器參數(shù)nA.11即可以將張力控制目標值進行設(shè)定，一般根據(jù)塑料薄膜的品種進行選擇合適的控制值。

　　3.結(jié)束語

　　歐姆龍3G3MZ系列變頻器在擠出機已經(jīng)有了一些成功的案例，其優(yōu)良的性價比、完善的保護措施、科學的控制原理都進一步提高了擠出機整機設(shè)備的性能，在以后的整機改造或新機型設(shè)計中都具有很好的推廣價值。

　　參考文獻

　　[1] 歐姆龍公司.歐姆龍3G3MZ變頻器用戶手冊.2007
　　[2] 中信資訊有限公司.塑膠工藝與設(shè)備.2001

　　作者簡介

　　劉為民 浙江工商職業(yè)技術(shù)學院06級電氣自動化學生，主要研究對象為控制與傳動產(chǎn)品的實踐應(yīng)用。
　　李方園(1973－) 男 高級工程師，1995年畢業(yè)于浙江大學電氣自動化專業(yè)，現(xiàn)主要從事自動化控制的教學和造紙等輕工行業(yè)的科研工作。