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工程案例

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臺達VE變頻器在吹膜機收卷上張力控制應用

發布時間:2014-11-07 點擊量:2591

  基本介紹
  目前部分吹膜機收卷機構的張力控制是使用力矩電機來實現的,這種形式控制不穩定,時間長了會變,需要重新調整,特別是大型的收卷機構變動更大,不能實現自動調節。我們推薦VE系列變頻器配合張力傳感器,來滿足自動調節收卷張力的要求。本文主要介紹吹膜機收卷機構特性,以及臺達VE系列變頻器如何在吹膜機收卷機構上實現張力控制。
  設備介紹
  一、收卷機構原理:
  1、張力檢測輥
  此輥是控制薄膜收卷時提供合理的張力反饋的主要部件,薄膜的張力通過張力輥兩端軸承下方的壓力傳感器進行檢測,檢測的信號通過轉換變成4~20mA的仿真量信號,VE系列變頻器通過ACI端子接收該信號,利用自身的PID功能調節控制收卷電機的轉速,以保證適當的收卷張力。
  2、展平輥
  使薄膜展平,消除薄膜在拉伸應力作用下產生的一些縱向皺紋。
  3、壓緊輥
  在收卷機構的前面裝有一個可以改變位置的跟蹤輥,其主要作用是將薄膜壓靠在收卷軸芯上,以一定壓力接觸收卷,使薄膜迅速地平整轉到收卷軸芯上,實現平整收卷的目的,以及借助跟壓緊輥對收卷料施加一定的壓力,及時排除收卷時膜層間的空氣,使收卷料緊密。
  4、分切機構
  吹出的薄膜若不是制作成塑料袋,就會分切成兩組薄膜再收卷。
  5、收卷輥
  收卷輥由VE系列變頻器驅動電機來傳動,收卷速度的控制系統與前端的拉伸機構的驅動系統連接,與吹膜出料的拉伸機構線速度同步,利用張力檢測輥的張力信號反饋到變頻器,實現PID調節控制收卷張力。
  二、控制薄膜的張力對收卷質量的影響
  為了牽引薄膜,并將其卷到收卷芯上,必須給薄膜施加一定拉伸使其張緊的牽引力,其中張緊薄膜的力即為張力。通常由于薄膜的材料厚度、寬度及性能不同,選用的收卷方式也有不同,張力的大小也需要調整。
  收卷張力的大小直接影響產品收卷的質量及效率。張力過大,收卷過緊,薄膜容易產生皺紋甚至拉斷;張力不足,帶入膜層的空氣量過多,收卷料薄膜的密度小,薄膜容易在里面產生軸向滑移及嚴重的錯位,以致造成卷邊不齊。分切時放卷軸若產生大幅度擺動,會影響分切薄膜的質量。所以收卷機構必須具有良好的張力控制系統。
  三、收卷輥的控制系統原理
  使用VFD-VE可以使用兩種方式實現張力恒定,一種是速度模式+張力死循環,另一種是力矩模式+張力開環。力矩模式+張力開環優點是不需要張力檢測信號,缺點是效果會受限于力矩控制精度,在要求較高場合比較建議使用速度模式張力死循環。
  本案例收卷輥的控制是速度模式下,以牽引輥速度作前饋并以張力回授作輔助,通過控制主牽引與收卷的速度差相對恒定實現張力恒定控制。但薄膜收卷時,收料卷直徑D會增大,如果收卷輥的轉速n不變,根據V=π*D*n,收卷線速度V會增大,所以要維持速度差恒定而控制張力恒定,收卷輥的收卷轉速n必須隨著收料卷的直徑增大而減小,否則會引起收卷張力的遞增,造成膜卷的內松外緊,外層薄膜把內層薄膜壓皺,影響收卷質量。
  收卷輥的控制方案:張力傳感器直接檢測張力,VE變頻器實施PID張力調節控制。
  張力傳感器安裝在張力檢測輥的軸承下面,將檢測到的薄膜張力轉換成仿真量信號,送到VE變頻器中,使之與原設定的張力信號比較后,進行PID計算,然后將得出的所需要的輸出頻率送到收卷電機,達到控制收卷輥轉速,以及滿足張力控制的要求。這種方案的優點是控制精度高,動態性能好,適用范圍廣。
  1、系統配置:


  2、控制原理圖:


  應用規劃及效果
  1、控制方式選擇:
  牽引段:V/F控制+編碼器 (Encoder)(VFPG),目的是保證與吹膜出料端保持一定的穩定拉伸速度;
  收卷段:FOC向量控制+編碼器 (Encoder)(FOCPG), 目的是保證電機轉速恒定以實現精準張力控制。隨著收卷直徑變大,自動調整收卷時的力矩,達到穩定收卷時的拉伸力。
  應用客戶為廣東中山某塑料機械廠的大型吹膜機,該設備高約15米,最大吹膜寬度2.5米,可以吹出三層材料的塑料膜,收料機用了2臺3.7KW的VE型變頻器做收卷張力控制。
  2、試機效果:
  靜態時,若PID目標值設定7.00kg,PID回授基本能穩定在6.9~7.2kg之間;
  動態時,若牽引軸設定10Hz,收卷軸PID目標值設定7.00kg,PID回授基本能穩定約在7.0~7.4kg之間波動,收卷軸輸出頻率約在20~21Hz之間波動;
  若牽引軸設定20Hz,收卷軸PID目標值設定7.00kg,PID回授基本能穩定約在7.1~7.6之間波動,收卷軸輸出頻率約在40~48Hz之間波動。
  總之:
  1、薄膜收卷的質量主要受薄膜收卷張力的影響,因此收卷輥的張力控制系統是該設備的一個關鍵所在;
  2、薄膜的收卷質量還受其它因素的影響,如薄膜的材料、溫度、性質(如彈塑性)以及薄膜厚度的均勻性等等的影響,因此,設定的收卷張力必須與薄膜的這些特性相適應;
  3、薄膜收卷時的張力衰減及張力補償也是影響收卷質量的重要因素;
  4、為了保證張力檢測的準確性,建議在使用前,收卷機構的張力檢測輥必須在高于最大生產速度125倍的速度下,進行動平衡處理,減少轉動過程中產生張力檢測的波動,影響變頻器的PID運算和控制;
  5、目前該張力系統當牽引軸輸送速度較高時,有點超調,但收卷效果能滿足要求,同時客戶也不希望收卷張力低于目標值;
  6、經過連續3天的試機生產,收卷效果顯著滿足客戶要求。

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