淺談塑料擠出機的變頻控制系統(tǒng)
塑料擠出機是制造塑料片材、薄膜、各種異型管材等的機械生產(chǎn)線設(shè)備，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均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。
在眾多的變頻器品牌中，本系統(tǒng)采用的是艾默生EV2000變頻器，它具有優(yōu)化空間矢量PWM調(diào)制、高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動等一系列功能，并且該產(chǎn)品具有超出同類產(chǎn)品的防跳閘性能和適應(yīng)惡劣電網(wǎng)、溫度、濕度和粉塵能力，極大提高了產(chǎn)品的可靠性，已經(jīng)在很多機械制造業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，如造紙機、吸塑成型機、拉絲機、擠出機等。
在此，不妨以塑料薄膜的擠出機為例，通過引入EV2000系列變頻器，介紹一下塑料薄膜擠出生產(chǎn)線的速度同步控制和自動卷取張力控制系統(tǒng)。
在塑料薄膜制造的過程中，顆粒原料從擠出電機帶動的螺桿擠出機成型后，經(jīng)過吹壓后經(jīng)過拉料輥電機帶動的拉料輥等進入導(dǎo)輥，接著送入張力輥，最后由卷取電機帶動進行中心卷取成塑料薄膜卷筒。這樣的系統(tǒng)共需要對4臺交流電機進行傳動控制，涉及到多傳動控制和張力控制等內(nèi)容。
擠出機變頻控制系統(tǒng)
在塑料薄膜擠出生產(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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)輥電機的速度也隨之同步變化，而且變化不帶有時滯性。
對于同步的速度控制，EV2000變頻器采用開環(huán)速度控制。
擠出機卷取屬于中心卷取形式，它對于變頻器的要求是：（1）具有很強的制動力，才能克服大慣量的塑料薄膜卷筒；（2）具有恒功率特性；（3）具有高輸出頻率以保證卷取電機高速運行。
擠出機的卷取張力控制
張力測量原理
張力傳感器放置在張力輥的支持軸承下方，由剛性材料做成，它只對水平方向的張力起作用。當一定張力的塑料薄膜通過張力輥時，張力分成兩部分（水平方向的力FR和垂直方向的力FV）。設(shè)張力為T，F(xiàn)T為張力輥和軸承的重力，α、β為紙幅的夾角，則
FR＝T x (cosβ - cosα)
FV= T x (sinα － sinβ) + FT
根據(jù)張力傳感器的值FR就可以計算出塑料薄膜的張力值T。
張力傳感器的初級線圈和次級線圈正確通過傳感器的四個孔（其中初級線圈為激勵線圈，次級線圈為感應(yīng)線圈）。在正常情況下（即無水平張力）初級線圈的感應(yīng)磁場里，由于孔的合理放置，次級線圈無感應(yīng)電壓產(chǎn)生。
當水平張力T作用在傳感器上時，初級線圈的電磁場就會產(chǎn)生變化，從而次級線圈就會感應(yīng)出相應(yīng)的電壓。一旦水平張力作用改變方向，次級線圈的電壓極性也相應(yīng)改變。
張力傳感器的激勵信號為330HZ、0.5A的交流信號，張力作用的大小反映在輸出信號的幅度上，張力的方向則反映在輸出信號的極性上。信號放大器的作用就是先過濾為DC信號，然后通過增益運算放大器，最后可以輸出張力控制所需的張力信號（0～10V或4～20mA）。
張力開環(huán)控制
薄膜卷在剛完成換卷時，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)致薄膜幅面抖動頻繁，此時如果采用開環(huán)控制就比較具有優(yōu)勢。
如果觀察到實際的幅面張力和設(shè)定張力相當接近時，可以按手動張力投運按鈕，就可以進入張力閉環(huán)控制模塊的循環(huán)中。
張力閉環(huán)控制
卷取電機的張力實際值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(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。EV2000變頻器內(nèi)置PI功能，對變頻器的VCI、CCI進行反饋量和給定量的設(shè)置，即可組成閉環(huán)PI控制。通常為了獲得高的分辨率，需設(shè)置反饋增益、增益極性、反饋偏置、偏置極性。
