1  引言

整個控制系統(tǒng)主要用來生產(chǎn)牛皮紙塑封箱帶，在牛皮紙上進(jìn)行淋膜涂塑，由于它是一個連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)，牛皮紙淋膜生產(chǎn)過程要經(jīng)過的工序有:首先經(jīng)過放卷、靜電打孔、淋膜上塑、冷卻、上硅油、烘烤加熱、再冷卻、最后卷取成型。在這個過程中，要完成放卷張力控制、同步牽引張力控制、收卷張力控制和卷取表面的壓力控制。由于原系統(tǒng)固有弊端，存在以下問題:
（1) 淋膜上塑不均勻;
（2) 紙塑膜起泡;
（3) 卷取切削不整齊;
（4) 直流調(diào)速設(shè)備維護費用大;
（5) 收卷的傳動減速比調(diào)整不能達(dá)到滿意要求, 如收卷有時張力不夠從而卷徑卷不大，造成材料和人工浪費。
為解決以上問題，我公司承擔(dān)了對明田紙塑有限公司紙塑機的改造工作。

2  紙塑機變頻控制運行原理

2.1 工藝流程圖
紙塑生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示。

圖1   紙塑生產(chǎn)工藝流程圖

2.2 放卷張力控制
放卷部分。放卷是一個被動放卷，在原系統(tǒng)采用的滑差電機調(diào)速，響應(yīng)速度比較慢且張力不穩(wěn)定。由于系統(tǒng)要求的車速比較快，對于放卷張力有較高的動態(tài)響應(yīng)要求。因此采用一臺RM5-4010(8903)寧茂變頻器，具有恒張力控制功能，會自動對放卷輥進(jìn)行恒張力控制。
2.3 靜電打孔
靜電打孔是由靜電發(fā)生器產(chǎn)生的靜電放電來給牛皮紙打成均勻的小孔，以增大塑膠在牛皮紙上的附著力。
2.4 擠塑、淋膜上塑
塑料擠出機的主要組成部分是主機傳動，它的作用是驅(qū)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、溫度和轉(zhuǎn)速等，以必需的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均勻地旋轉(zhuǎn)，完成擠出過程。擠出過程主傳動屬于典型的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。擠出機的傳動需要在低速到額定轉(zhuǎn)速之間都必須要有相同的轉(zhuǎn)矩輸出才能達(dá)到最高效率比。選用的一臺RM5G-4060的變頻器驅(qū)動主電動機實現(xiàn)無級調(diào)速，擠出機的擠出與收卷實現(xiàn)同步，保證在不同線速度下聯(lián)動和上膜均勻。
2.5 同步牽引控制
紙塑在烘道內(nèi)速度基本恒定，也可能有一較小范圍內(nèi)的上下波動，從而使烘烤箱的張力和放卷、收卷張力隔開，烘烤箱兩端的牽引間運行的線速度若要恒定，必須滿足線速度的同步，從而滿足紙塑在烘烤箱張力恒定，防止紙塑在生產(chǎn)中出現(xiàn)被拉絲、拉斷現(xiàn)象。用3臺RM5G-4003變頻器實現(xiàn)恒定張力控制，以滿足工藝要求，完成同步牽引。
 2.6 烘烤溫度控制
烘烤箱里的加熱系統(tǒng)，是用熱煤油來加熱。通過調(diào)節(jié)熱煤油的油閥開度來控制烘烤箱的溫度。烘烤箱用9組溫度傳感器檢測溫度，把測得的溫度信號通過PID調(diào)節(jié)控制油閥的開度，實現(xiàn)烘烤箱的恒溫控制。
2.7 冷卻
淋膜上塑后的紙塑經(jīng)過裝有一定量冷卻水的滾筒壓滾以冷卻紙塑;經(jīng)過烘烤箱的紙塑用壓輥(一部分浸在冷卻水里)滾壓紙塑上的硅油面，以保證紙面有一定的韌性以增大抗拉力，防止紙塑脆裂以保證產(chǎn)品質(zhì)量。
2.8 糾偏控制
紙塑須經(jīng)冷卻后，通過硅油槽上硅油。紙塑線速度基本恒定但也有一定波動，為防止紙塑在輥上左右竄動，增加了光電位置糾偏器，糾偏器控制位移電機移動送紙塑架把紙塑送到要求的位置上去。
2.9 收卷控制
卷取部分如圖2所示，它由下述幾部分組成。

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圖2   卷取部分組成圖

紙塑從主牽引輥出來后，通過展平輥、導(dǎo)向輥、跟蹤壓輥最后纏繞在收卷輥上的卷盤上，完成紙塑成形過程。卷盤上的紙塑(也稱母盤)一般只用來生產(chǎn)半成品，還要進(jìn)行上粘膠復(fù)卷、分切復(fù)卷，最后才卷成所需要的小卷或切成塊狀成品。故此其性能和質(zhì)量直接影響紙塑成品品質(zhì)和收益率。
(1) 卷取部分組成
l 展平輥:使紙塑展平，消除紙塑在牽拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生的縱向皺紋。
l 跟蹤壓輥:在收卷母盤的前面裝有一個可以小范圍活動的跟蹤壓輥，跟蹤壓輥的驅(qū)動是用一個氣動比例閥來控制，它的主要作用是將紙塑壓靠在收卷卷盤上，實現(xiàn)接觸收卷或小間隙收卷，以將平整的紙塑迅速地轉(zhuǎn)到卷盤上，實現(xiàn)平整收卷。跟蹤壓輥始終以一定的壓力靠在卷盤紙塑的表面，從而及時地排除收卷時紙塑層間的空氣，使紙塑卷不變松，使用跟蹤壓輥后，紙塑卷中的空氣含量可減少到15%左右。
l 卷取輥:由卷取電機驅(qū)動，卷取的速度受ACE-09A控制器控制，通過ACE-09A控制器實現(xiàn)恒張力的自動控制。
(2) 張力、壓力對卷取品質(zhì)的影響
卷取張力的大小直接影響到產(chǎn)品的品質(zhì)。張力過大，卷取過緊，紙塑容易產(chǎn)生皺紋，甚至出現(xiàn)被拉絲或拉斷現(xiàn)象;張力過小，紙塑容易在卷盤上產(chǎn)生軸向滑動，嚴(yán)重錯位，形成卷取不整齊。為滿足生產(chǎn)工藝要求，采用寧茂RM5G-4010變頻器、TG、ACE-08、ACE-09A等控制器進(jìn)行恒張力控制。
壓力的產(chǎn)生有兩部分:一是壓力輥跟上膠冷卻輥、壓力輥與上硅油輥接觸產(chǎn)生，二是跟蹤輥與紙塑卷的接觸后產(chǎn)生的。壓力太大，紙塑會被壓得太緊;壓力太小，則紙塑層之間的空氣太多，不利于收卷。壓力的大小是通過聯(lián)在壓力輥和跟蹤壓輥上的氣動比例閥來控制的。
(3) 卷取的變頻控制
紙塑卷取的變頻控制電氣原理圖如圖3所示。

圖3  紙塑卷取的變頻控制電氣原理圖

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通過壓輥的速度傳感器TG，把測定的速度信號傳送給控制器ACE-08, ACE-08把轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成電壓信號再傳送給控制器ACE-09A，ACE-09A把傳來的電壓信號與原來的給定信號相比較，把比較得出的信號再傳送給變頻器，變頻器控制電動機實現(xiàn)張力恒定的閉環(huán)控制以達(dá)到張力恒定的控制效果。

3  改造中注意的問題

(1)給定電位器設(shè)置上注意:場所振動沖擊要求較小、無油、無水、無金屬粉塵、易檢查保養(yǎng)。
輸出信號端子與變頻器頻率設(shè)定端子的配線長度應(yīng)在20m以內(nèi)。
輸出信號為避免壓降和電磁干擾，應(yīng)盡量縮短配線距離，并使用隔離線，使其避免干擾，以便能正確檢測。
(2) 在調(diào)試過程中，根據(jù)產(chǎn)品的種類不同張力要求也不一樣。由于ACE-09A控制器回饋值測定不穩(wěn)定，需加大調(diào)整比例帶，增長積分時間，使全領(lǐng)域運轉(zhuǎn)狀態(tài)及回饋值都為穩(wěn)定狀態(tài)。若啟動后由于回饋值測定為穩(wěn)定，可將比例帶及積分時間加以縮短，但仍要維持全系統(tǒng)運轉(zhuǎn)狀況及回饋值都以穩(wěn)定為宜。
雖然系統(tǒng)是恒張力控制，由于紙塑層間都夾有一定的空氣，即使在恒張力條件下也會出現(xiàn)外層紙塑將內(nèi)層紙塑壓皺的現(xiàn)象。因為ACE-09A控制器自帶一個張力衰減功能，隨著卷盤卷紙塑直徑增大而張力自動衰減，就能使整個卷盤都能卷取，質(zhì)量得到保證。
(3) 放卷電動機，若速度跟不上易被卷取的電動機拖著跑，則易跳OE。選型時放卷變頻器容量不能太小，可適當(dāng)提高變頻器容量;也可用放卷和收卷的變頻器共用直流母線的方法來解決。

4  結(jié)束語

原系統(tǒng)經(jīng)改造，已于去年8月投入運行。經(jīng)過一年多的運行，系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，系統(tǒng)速度、張力、壓力及精度和動態(tài)響應(yīng)性能都達(dá)到了設(shè)計要求。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作便利，維護方便。

參考文獻(xiàn)

[1] 寧茂交流馬達(dá)變頻器操作手冊.
[2] 寧茂控制器ACE-09A使用手冊.
[3] 寧茂控制器ACE-08使用手冊.