1  引言
    塑料多層共擠出復(fù)合膜機組在國內(nèi)包裝膜的應(yīng)用上已經(jīng)越來越廣泛,需求量也越來越大，對塑機的產(chǎn)量及各項制品精度的要求也越來越高,目前國內(nèi)各塑機企業(yè)所生產(chǎn)的此類機械，無論各項制品精度及產(chǎn)量都與國外同類產(chǎn)品都有一定的差距。因此國內(nèi)大中型塑料企業(yè)所應(yīng)用的此類設(shè)備設(shè)備大都是由國外引進的，我廠在吸收消化國外（德國，意大利，加拿大等國）先進技術(shù)的基礎(chǔ)之上研制開發(fā)的塑料三層共擠出吹塑重包裝復(fù)合膜機組其制品產(chǎn)量及質(zhì)量已達到國際水平。
    隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，我廠在變頻器的應(yīng)用也有十五、六年的歷史，目前在塑機上已廣泛應(yīng)用，我廠應(yīng)用的品種比較多、三菱、富士、安川、AB、西門子、歐陸、CT、ABB、施耐德、臺達、森蘭等等。各因為變頻電機維護方便節(jié)能的特點，也受到多數(shù)用戶的歡迎。

2  系統(tǒng)構(gòu)成
    根據(jù)產(chǎn)品的需求機性能價格的比較我廠最近生產(chǎn)的塑料三層共擠出吹塑重包裝復(fù)合膜機組的調(diào)速控制全部采用ABB公司ACS550-01系列變頻器。全機采用12臺變頻器，用以各環(huán)節(jié)的速度，張力，力矩等控制，完成整機的自動控制過程。本設(shè)備是將塑料粒子經(jīng)自動上料機送入自動稱量機構(gòu)，均勻加料給擠出機，三臺擠出機將塑料經(jīng)分層的流道擠入機頭，在膜口處匯合，形成分層的復(fù)合膜，經(jīng)外風(fēng)環(huán)冷卻及內(nèi)冷控制，形成膜泡，再經(jīng)過人字板夾匾，經(jīng)上牽引機牽出，然后經(jīng)過電暈處理，經(jīng)過冷卻輥冷卻，再經(jīng)過糾偏，張力輥，除靜電裝置，至下牽引機，從下牽引機穿過一個張力浮輥到摩擦輥，再由摩擦輥和中心卷取輥共同完成卷取。卷徑達到設(shè)定要求后，由卷取機自動完成卸卷任務(wù)。該機的整條生產(chǎn)線可實現(xiàn)高度自動控制工作，參見附圖。僅在卸卷完成后有人用車取走膜卷即可。

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附圖  塑料三層共擠出復(fù)合膜機組生產(chǎn)線

2.1 整機完全實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制
    主控部分是由奧地利B&R公司的計算機可編程控制器（PCC）來實現(xiàn)的。整機實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制，與上位工控機采用TCP/IP通訊，其他有工業(yè)以太網(wǎng)總線及Modbus通訊。
    整機采用了12臺變頻器，所有變頻器全部與PCC進行通訊，由于變頻器與PCC都具有Modbus通訊口，互相通訊就很方便，無需再加任何通訊模塊，可以省掉很大一筆通訊模塊的成本，但由于整機通訊的數(shù)據(jù)量較大Modbus通訊速度在時間上會有一個滯后的問題，（本機經(jīng)過試驗）大約滯后0.5s。這在設(shè)計具體情況要考慮到適時性的問題。在后面將會具體介紹。
    所有變頻器全部采用矢量速度控制。由于所有變頻電機基本均無過載情況，故變頻器容量均選擇在剛好超過電機額定功率即可。
    ● 通訊內(nèi)容
    采集的信號：各變頻電機的運行頻率，速度，電流，故障報警信號。
    控制信號：啟動，停止，正、反向運行，速度給定信號等。
    各變頻電機的運行頻率，速度，電流，故障報警信號在計算機可編程控制器中進行處理后可以在位于操作柜的觸摸屏上顯示出來。電機的正反轉(zhuǎn)，啟動停止，速度給定等亦可由觸摸屏上給出，很方便地實現(xiàn)人機對話。
    三臺主電機的功率分別為一臺75kW和兩臺45kW變頻電機由于擠出機工作特性無過載工作所以選擇一臺ACS550-01-157A-4和兩臺ACS550-01-96A-4即可。主電機的速度是由產(chǎn)量計算出來的，當(dāng)操作人員在觸摸屏上設(shè)定了產(chǎn)量，制品厚度，制品寬度，每層膜所占的厚度比例，料的比重后計算機可編程控制器就可以給出整機的線速度及每臺主機的加料量，并提供給系自動控制主電機轉(zhuǎn)速，根據(jù)計算出的加料量的設(shè)定值與定量加料（失重計量）檢測的實際值的偏差微量調(diào)整主電機的轉(zhuǎn)速，達到閉環(huán)控制的作用。其過渡過程是緩慢的，所以主電機的給定信號不受通訊時間滯后的影響，故主電機給定值可由 Modbus通訊給出。
2.2 變頻器的應(yīng)用
    因為要精確對應(yīng)產(chǎn)量，主電機的速度要求是一個精確值，故而主電機采用光電編碼器反饋閉環(huán)控制。變頻器要選用編碼器模塊，型號OTAC-01。編碼器采用SBH-1024-2T型。
    上牽引機的速度給定值是由計算而來（前面已經(jīng)提到），同時根據(jù)膜的厚度的設(shè)定值與實際值的偏差微調(diào)上牽引機速度,而且整個過渡過程是比較緩慢的，故給定信號不受通訊時間滯后的影響，其給定值選擇是由Modbus通訊給出。但是所要求的速度值是一個高精度的，這對于精確計算產(chǎn)量很重要，故而上牽引電機采用光電編碼器反饋閉環(huán)控制。編碼器由德國諾頓電機（電機直連減速機）原裝配套。
    上牽引與下牽引之間形成一個張力區(qū)間。上牽引的反饋值作為下牽引的基本速度給定,同時疊加一個張力微調(diào)控制信號，這個信號由張力給定信號，與張力反饋信號比較（張力反饋信號由張力輥兩端的張力軸承檢測），再經(jīng)過PID運算，疊加到下牽引的速度給定端，形成一個張力閉環(huán)控制，使上下牽引區(qū)間的張力保持在穩(wěn)定的設(shè)定值。因為有張力反饋自動控制，故下牽引電機不需要編碼器反饋,但張力控制閉環(huán)要求適時性很高,所以下牽引機的給定輸入采用模擬量直接輸入。變頻器選擇模擬量4-20mA端子輸入。
    下牽引與摩擦輥之間又是一個張力區(qū)，下牽引的反饋值作為摩擦卷的基本速度給定，同時疊加一個張力微調(diào)控制信號，這個信號由張力給定信號,與張力反饋信號比較（張力反饋信號由張力浮輥所帶動的位移傳感器檢測，見附圖），再經(jīng)過PID運算，疊加到下牽引的速度給定端，形成一個張力閉環(huán)控制，使下牽引與摩擦卷區(qū)間的張力保持在穩(wěn)定的設(shè)定值。因為有張力反饋自動控制,故下牽引電機不需要編碼器反饋,同下牽引機一樣張力控制閉環(huán)要求適時性很高,所以摩擦卷取機的給定輸入亦采用模擬量直接輸入。變頻器選擇模擬量4-20mA端子輸入。
    中心卷取機的作用是和摩擦卷取共同完成膜的收卷工作，同時使膜在入卷時自動收緊并保持一定張力,但又不可張力過大將中心卷的卷軸拉出支架,此時選擇變頻器控制就不能保證最低轉(zhuǎn)矩,所以中心卷取選用伺服控制器,變力矩輸出。

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    旋轉(zhuǎn)器電機是帶動旋轉(zhuǎn)人字板往返360°旋轉(zhuǎn)的電機，無速度精度要求開環(huán)即可滿足。由觸摸屏給定一個速度值，Modbus通訊給到變頻器即可。無編碼器反饋渦旋泵電機是為上牽引的氣墊輥提供壓力氣源的，電機轉(zhuǎn)速要求工作在70Hz范圍內(nèi)，所以變頻器的給定頻率的上限值設(shè)定75Hz，電機額定頻率參數(shù)亦選75Hz，最大頻率參數(shù)亦選75Hz，恒功率調(diào)速。由觸摸屏給定一個速度值，Modbus通訊給到變頻器即可。無編碼器反饋轉(zhuǎn)位桿電機的作用是在卷取換卷切割時將膜挑起切割完畢將卷軸慢慢放回卷取位在卷取切割周期內(nèi)按程序繞摩擦卷旋轉(zhuǎn)一周,無速度精度要求開環(huán)即可滿足。由觸摸屏給定一個速度值，Modbus通訊給到變頻器，無編碼器反饋。不同之處在向下放卷軸時會有一個被動旋轉(zhuǎn)過程，有時會報超速故障，此時將變頻器的速度最大值的參數(shù)放大一點即可解決。更理想的狀態(tài)是啟用制動單元。這在以后的產(chǎn)品中考慮。
    風(fēng)環(huán)電機是給外風(fēng)環(huán)通風(fēng)冷卻用膜的外表面用的。其速度控制采用開環(huán)控制即可滿足工藝要求。根據(jù)實際調(diào)試的結(jié)果,電機的實際電流還有一定的余量,而工藝上還可以再進一步加大冷卻能力。所以變頻器的給定頻率的上限值設(shè)定60Hz,電機額定頻率參數(shù)亦選60Hz,最大頻率參數(shù)亦選60Hz,此時電機的功率剛接近額定功率。由觸摸屏給定一個速度值,Modbus通訊給到變頻器,無編碼器反饋。
    內(nèi)冷控制的原理是排風(fēng)風(fēng)機設(shè)定在根據(jù)工藝要求的一個固定速度，根據(jù)超聲波反饋的膜泡直徑（通過測量超聲波到膜泡的距離，折算出膜泡的直徑）與設(shè)定的膜泡直徑的偏差經(jīng)PID自動調(diào)節(jié)進風(fēng)風(fēng)機的進風(fēng)量，達到穩(wěn)定膜泡直徑的作用，這就要求進風(fēng)電機要有快速跟隨調(diào)節(jié)作用，考慮到風(fēng)機的慣性較大，在速度由高向低調(diào)節(jié)時會因慣性而加長過渡過程，進風(fēng)變頻器選擇了帶制動電阻制動功能，進風(fēng)變頻器ACS550-01-12A-4裝置自帶內(nèi)置制動單元，外選一個制動電阻即可，制動電阻參數(shù)按照ACS550用戶手冊380V-480V傳動選型列表選取100歐姆750瓦。（根據(jù)實際生產(chǎn)結(jié)果看，這個數(shù)字有些保守下一臺設(shè)備準(zhǔn)備選用80歐姆600瓦。）由此進風(fēng)變頻器選4-20mA模擬量端子輸入，因有膜泡直徑反饋閉環(huán)控制無須選編碼器反饋。排風(fēng)變頻器由觸摸屏給定一個速度值，經(jīng)Modbus通訊給到變頻器,無編碼器反饋。

3  結(jié)束語
    配合我廠專利的內(nèi)冷自控技術(shù)使控制膜泡折徑控制產(chǎn)生奇佳效果，折徑誤差小于正負(fù)2毫米，達到國際先進水平。
    由以上12臺變頻調(diào)速為主組成的生產(chǎn)線經(jīng)在用戶廠調(diào)試及生產(chǎn)實踐完全達到了預(yù)期設(shè)計的目標(biāo),整機運行狀態(tài)平穩(wěn)可靠，所有數(shù)據(jù),參數(shù),操作及人機對話均由觸摸屏實現(xiàn)顯示,完全實現(xiàn)自動化,平均每條線一人即可操作，整條生產(chǎn)線得到用戶的高度評價。