摘要：本文將主要介紹了匯川
變頻器MD320在塑料薄膜機械的三個典型應用，即吹膜機、制袋機和復合機。
關鍵詞：變頻器 PID 張力控制
1 引言
一般而言，塑料薄膜機械對傳動系統的要求有以下幾點：
(1) 能在一定范圍內平滑調速，通過調節主電機、牽引電機的轉速來生產不同規格的產品；
(2) 啟動、停止平穩，因為塑料機是恒轉矩負載，啟動、停止平穩可避免太大的機械沖擊，另一方面也可減少啟動過程中的不合格產品；
(3) 電機只需單方向運行；
(4) 性能穩定，工作可靠。
為達到以上目的，在塑料機械傳動的發展史上，曾相繼采用過直流調速、電磁調速，但目前已經越來越多地采用了交流變頻調速。綜合多年的變頻使用經驗，采用變頻器的目的包括：
(1) 節約能源：根據變頻器的運行V/f曲線可知，變頻器是恒轉矩輸出的，與其它調速系統相比，平均節約電能達30%以上，在低速運行節能效果更加顯著；
(2) 提高產品質量：變頻調速性能相當穩定；
(3) 減少啟動時對電網的沖擊，啟動電流可控制在額定電流內不構成對電壓沖擊；
(4) 減少啟動時對機械的沖擊，平滑啟動可延長機械的使用壽命；
(5) 滿足無級調速要求，調速簡單、操作方便；
(6) 保護功能強大。
本文將主要介紹了匯川變頻器MD320在塑料薄膜機械的三個典型應用，即吹膜機、制袋機和復合機。
2 變頻器在吹膜機中的應用
主機傳動是塑料擠出機的主要組成部分之一，它的作用是驅動擠出機的螺桿，并使螺桿能在選定的工藝條件下(如機頭壓力、溫度、轉速等)，以必需的轉矩和轉速均勻地旋轉，完成擠出過程。它在其適用的范圍內能夠提供最大的轉矩輸出和一定的可調速范圍，同時還應使用可靠、維修方便。
塑料薄膜的生產是塑料顆粒經加熱后用擠壓的方法擠出，由壓縮空氣吹成塑料薄膜袋子，經牽引機在定型套上冷卻定型，再由卷取機卷成成品。對于牽引電機的控制必須引入牽引比的概念，就是牽引輥的速度和機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，牽引電機的控制必須與擠出電機同步且通過
電位器可以方便將擠出速度按照牽伸比進行比例調整放大(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，卷軸上薄膜應松緊適中，以防止薄膜拉伸變形，保證質量。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，一般吹膜機還會裝設有浮動輥。通過浮動輥位置的變化，將會送出一個相應的電壓信號給變頻器，同時通過PID進行調節收卷的速度以保證浮動輥穩定在某一位置。
在本系統中，采用了比較普遍的表面卷取，它是由電動機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既不能單獨工作在張力PID閉環狀態，這樣會造成在主機升速過程中響應滯后，也不能單獨采用速度跟隨牽引電機，這樣會造成張力不穩，而應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，只需要設定兩種頻率源(主速度AI1+PID微調)即可，而微調的幅度也可以隨意設定。這樣一來，控制就非常方便。
本系統的控制方式參見圖1，擠出電機M1采用無速度傳感器的矢量控制方式，以保證擠出的高轉矩和高精度速度控制；牽引電機M2的速度通過M1的輸出按照牽伸比進行信號放大來控制；卷取電機M3的速度則由牽引電機M2和浮動輥信號進行PID微調控制。
圖1 吹膜機變頻控制
匯川變頻器的參數設置如下：
M1： F0-01=0(無速度傳感器控制方式)； F0-02=1(端子運行命令)； F0-03=2(AI1)； F0-07=0(主頻率源X)； F4-00=1(正轉運行)； F5-07=0(AO1輸出運行頻率)；
M2： F0-02=1(端子運行命令)； F0-03=2(AI1)； F0-07=0(主頻率源X)； F5-07=0(AO1輸出運行頻率)；
M3： F0-01=0(無速度傳感器控制方式)； F0-02=1(端子運行命令)； 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(張力設定為面板數據)； FA-01=50%(張力設定數據)； 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中的應用
塑料薄膜制袋機的控制系統如圖2所示，制袋封口機的溫控系統可以自動保持溫度恒定，焊刀封壓時間可以隨意調節，以保證焊線牢固美觀。
圖2 制袋機變頻控制
薄膜料卷經輸送膠輥(由供料電機M1傳動)以主機制袋速度帶動后，依次進入光電眼、焊刀、焊口校正器，最后由切刀按照設定的長度切斷后退料。
供料電機功率一般都較小，可由單相匯川變頻器MD320驅動，采用主速度與輔助速度合成的方式以保證送料的自動化。主速度由制袋電機的實際運行速度A01決定，輔助速度為數字設定UP/DOWN端子(DI2和DI3)，合成方式為主速度+輔助速度。具體如下：當塑料在薄膜監視電眼2范圍時，供料電機的頻率降低(即DOWN)，當塑料薄膜不在監視電眼1范圍時，供料電機的頻率增加(即UP)。也就是用監視電眼來自動控制供料速度。
制袋機的主傳動M2由三相變頻器MD320進行調速，其核心是凸輪裝置，并形成制袋工作循環系統。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。
主要的參數設置可以參考如下：
M1： F0-02=1(端子運行命令)； F0-03=2(AI1)； F0-04=0(數字設定UP/DOWN，不記憶)； F0-07=1(主頻率源X+輔助頻率源Y)； F4-00=1(正轉運行)； F4-01=6(端子UP)； F4-02=7(端子DOWN)； F4-12=2HZ(調整自動變化率)。
M2： F0-02=1(端子運行命令)； 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輸出運行頻率)； F6-13=50%(停機直流制動電流)； F6-14=0.1(停機直流制動時間)
4 變頻器在塑料復合機中的應用
干式復合機是薄膜機械的一個重要設備，如圖3所示，復合基材薄膜卷通過放卷架，進入牽引輥后，在復合干燥箱中進行加熱處理，再與第二材料的薄膜進行復合，最后由中心收卷電機進行收卷。
圖3 干式復合機變頻控制
為了控制收卷的張力穩定，復合機通過浮動輥的信號來調節牽引電機和復合輥電機的速度同步。在中心卷取的過程中，隨著卷徑的不斷增加，收卷電機的速度必須不斷減少，同時又要保證薄膜的張力相對平穩。對于收卷系統而言，進行張力控制是核心技術，也是變頻調速的難點。在一般情況下，可以采用由直徑、轉矩補償和速度計算等模塊組成的匯川張力卡。
帶有張力卡的MD320變頻器具有卷取控制的各種功能：
(1) 各種卷徑的計算，包括線速度計算、繞圈計算、模擬設定、上位機給定等；
(2) 卷徑模擬輸出，實現人機友好交互功能；
(3) 多種線速度測量方式，包括脈沖輸入、模擬輸入、數字輸入等；
(4) 實現張力錐度的設定；
(5) 實現轉矩補償的功能，如彎曲力矩補償、靜態力矩補償、慣性力矩補償等；
(6) 具有自動換卷邏輯功能，實現在線換卷功能。
MD320變頻器共有3種張力控制方式，開環轉矩控制模式、閉環速度控制模式、閉環轉矩控制模式。此三種方案的配置主要是考慮系統的張力控制精度要求、系統的成本要求以及裝設傳感器的位置等，用戶可以根據實際情況決定采用哪種張力控制方式。
在本系統中選用了經濟而實用的開環轉矩控制模式，即變頻器工作在轉矩控制模式，只需設定所要控制對象的張力。此用法變頻器必須工作在閉環矢量方式，電機需要加裝旋轉編碼器。此方式控制最為簡單，無需加裝張力反饋裝置，而且可獲得比較穩定的張力效果。通常用于復合機、分切機等張力精度不是特別高的應用場合。
在本方案中，復合輥電機的線速度通過AI1口進入變頻器MD320，張力設定值和張力錐度通過高精度電位器輸入到AI2、AI3口。數字輸入端子應包括啟動停止命令、卷徑復位命令；另外需外加PG接口卡，以保證轉矩控制方式的正常進行。
為保證操作者的正常使用，MD320變頻器具有直徑信號、張力信號模擬量輸出值，因此可以方便地外接數顯表來實時顯示，同時，卷徑得到指示，方便操縱者換卷和卷徑復位。
在本方案中，M1的參數設置比較簡單，就是速度控制；M2的參數設定與吹膜機中卷取主動輥的設置基本差不多；M3的設置比較復雜，具體為：
M3主要有張力參數F0-01=1(有
速度傳感器矢量控制方式)； F0-02=1(端子運行命令)； F0-03=2(AI1)； F0-07=0(主頻率源X)； F4-00=1(正轉運行)； F5-07=0(A01輸出運行頻率)； FH-00=1(開環轉矩控制)； FH-01=0(收卷)； FH-03=XX(機械傳動比，由用戶決定)；FH-04=2(張力設定AI2)； FH-06=XXXX(最大張力)； FH-00=1(開環轉矩控制)； FH-07=10%(零速張力提升)； FH-08=XX(零速閾值，即當變頻器運行速度在此參數所設定的速度以下時，認為變 頻器處于零速工作狀態)； FH-09=XX(張力錐度系數)； FH-10=0(卷徑來源為線速度計算法)； FH-11=XX(最大卷徑)；FH-12=XX(卷軸直徑)； FH-13=0(初始卷徑為面板輸入，并通過多功能端子選擇其中之一)； FH-24=1(線速度輸入AI1)； FH-25=XX(最大線速度)； FH-26=XX(卷徑計算最低線速度)； FH-34=1(斷料自動檢測有效，自動報警)……
5 結束語
與傳統的變頻器相比，在滿足客戶不同性能、功能需求方面，MD320變頻器不是通過多個系列產品來實現(從而增加額外的制造、銷售、使用、維護成本)，而是在客戶需求合理細分的基礎上，進行模塊化設計，通過單系列產品的多模塊靈活組合，創建一個客戶化量身定做的平臺。
MD系列變頻器開創了未來變頻器領域的三個新概念：
(1) 首創了新一代變頻器三層模塊化的結構標準；
(2) 首創了將用戶需求進行電機驅動、通用功能和專用功能等主模塊及各種子模塊劃分的物理標準；
(3) 引領了將矢量控制技術大眾化的行業新趨勢。
正是基于MD320系列變頻器完善的功能、高可靠性和優秀的性能價格比，能夠滿足用戶對于塑料薄膜機械的各個領域的不同要求。
