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    1 引言

　　塑料擠出機(jī)的原理是固態(tài)塑料在加熱和擠出機(jī)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(jī)的傳動(dòng)以往大多采用直流傳動(dòng)或電磁調(diào)速控制，前者維護(hù)繁雜而且費(fèi)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(jī)的發(fā)展。

　　由于交流變頻技術(shù)在我國(guó)近幾年得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，而且變頻調(diào)速在頻率范圍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、調(diào)速精度、低頻轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差補(bǔ)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(jī)制造企業(yè)的青睞，在新型的擠出機(jī)械中，尤其是塑料機(jī)械都采用了高性能的變頻器，同時(shí)原有的舊擠出機(jī)設(shè)備也將進(jìn)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(jī)械中的應(yīng)用。

　　歐姆龍3G3MZ具有以下獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：開環(huán)矢量控制，實(shí)現(xiàn)高精度高轉(zhuǎn)矩。力矩響應(yīng)時(shí)間極短，低速度時(shí)具有轉(zhuǎn)矩自動(dòng)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(dǎo)致誤動(dòng)作;帶旋鈕的操作器，并可自由移動(dòng)，使用簡(jiǎn)單。

    2 擠出機(jī)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(tái)電機(jī)，即擠出電機(jī)、拉料輥電機(jī)、導(dǎo)輥電機(jī)互相同步。為實(shí)現(xiàn)以上思想，我們采用對(duì)擠出電機(jī)進(jìn)行主速度給定，其余的拉料輥電機(jī)和導(dǎo)輥電機(jī)的同步速度信號(hào)分別取自前一電機(jī)的實(shí)際速度值，并可通過電位器進(jìn)行速度微調(diào)。如此一來，只要改變擠出電機(jī)的速度給定，拉料輥電機(jī)和導(dǎo)輥電機(jī)的速度也隨之同步變化，而且變化不帶有時(shí)滯性。

圖1 塑料薄膜擠出機(jī)工作原理

　　圖2所示為擠出機(jī)設(shè)備的變頻控制接線原理，前三臺(tái)電機(jī)采用3G3MZ變頻器矢量無傳感器開環(huán)速度控制以實(shí)現(xiàn)速度同步。其中擠出電機(jī)的運(yùn)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(zhǔn)信號(hào)，輸出頻率（n3.03）為擠出電機(jī)實(shí)際的運(yùn)行頻率，以此作為速度同步信號(hào)給下一臺(tái)電機(jī)。拉料輥電機(jī)和導(dǎo)輥電機(jī)的運(yùn)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(hào)公式為：F=A2+（A1-5）。在這里，A1端子的信號(hào)接微調(diào)電位器。一般情況下，電位器信號(hào)位于中間位置，即給定為DC 5V，此時(shí)CCI的輸入對(duì)變頻器的給定不起作用，頻率給定值信號(hào)由A2決定。當(dāng)工藝生產(chǎn)上對(duì)塑料薄膜的張力需要進(jìn)行放松或拉緊時(shí)，就可對(duì)A1值進(jìn)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(duì)于控制塑料薄膜擠出機(jī)等機(jī)械已經(jīng)足夠，因?yàn)闅W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(dāng)微調(diào)某一傳動(dòng)點(diǎn)時(shí)，該傳動(dòng)點(diǎn)后級(jí)同步跟隨改變，前級(jí)不變。

圖2 擠出機(jī)多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)接線原理

　　除了速度同步之外，薄膜收卷的卷取電機(jī)也是塑料薄膜擠出機(jī)的一個(gè)重點(diǎn)，現(xiàn)采用歐姆龍3G3MZ的PID切換來實(shí)現(xiàn)，在剛開機(jī)的時(shí)候，由于卷取部分的張力還沒有建立，這時(shí)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(shí)變頻器的速度指令為導(dǎo)輥電機(jī)的輸出同步速度信號(hào)。這是因?yàn)楸∧ぞ碓趧偼瓿蓳Q卷時(shí)，由于張力的變化比較大，如果采用PI閉環(huán)控制容易造成較大的超調(diào)量，導(dǎo)致薄膜幅面抖動(dòng)頻繁，此時(shí)如果采用開環(huán)控制就比較具有優(yōu)勢(shì)。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(jī)卷取電機(jī)的PID控制原理

　　在圖3的張力PID控制示意圖中，卷取電機(jī)的張力實(shí)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(shí)際值，通過檢測(cè)該處的張力情況，來控制卷取電機(jī)的速度，從而形成一個(gè)張力閉環(huán)。卷取電機(jī)的速度加快，則塑料薄膜拉緊，張力的實(shí)際值就會(huì)上升;相反，速度降低，則塑料薄膜垂，張力的實(shí)際值就下降。由于在卷取過程中，卷取的線速度基本與導(dǎo)輥的線速度相同，而卷取的直徑在不斷增加，從而導(dǎo)致卷取電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度在不斷減少，通過張力閉環(huán)控制可以自動(dòng)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(biāo)值進(jìn)行設(shè)定，一般根據(jù)塑料薄膜的品種進(jìn)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(jī)已經(jīng)有了一些成功的案例，其優(yōu)良的性價(jià)比、完善的保護(hù)措施、科學(xué)的控制原理都進(jìn)一步提高了擠出機(jī)整機(jī)設(shè)備的性能，在以后的整機(jī)改造或新機(jī)型設(shè)計(jì)中都具有很好的推廣價(jià)值。

    參考文獻(xiàn)

　　[1] 歐姆龍公司.歐姆龍3G3MZ變頻器用戶手冊(cè).2007

　　[2] 中信資訊有限公司.塑膠工藝與設(shè)備.2001

    作者簡(jiǎn)介

　　劉為民 浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院06級(jí)電氣自動(dòng)化學(xué)生，主要研究對(duì)象為控制與傳動(dòng)產(chǎn)品的實(shí)踐應(yīng)用。

　　李方園（1973-） 男 高級(jí)工程師，1995年畢業(yè)于浙江大學(xué)電氣自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)主要從事自動(dòng)化控制的教學(xué)和造紙等輕工行業(yè)的科研工作。