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。