HD92高壓變頻器在橡膠擠出機(jī)的應(yīng)用

關(guān)鍵詞： 高壓變頻器

摘要：作為國內(nèi)首家應(yīng)用在擠出機(jī)生產(chǎn)線上的高壓變頻設(shè)備廠家，匯川高壓變頻創(chuàng)新性地解決了擠出機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，穩(wěn)速精度高等難題。與此同時(shí)，匯川HD92獨(dú)特的開閉環(huán)控制無擾切換功能更是在實(shí)際應(yīng)用中大放光彩。從現(xiàn)場運(yùn)行情況來看，匯川HD92高壓變頻器運(yùn)行可靠，節(jié)電明顯，調(diào)速性能媲美直流電機(jī)，不僅為用戶提高了生產(chǎn)效率，而且節(jié)約了生產(chǎn)成本，省心省事，客戶交口稱贊。

一、設(shè)備工況

橡膠擠出機(jī)，是橡膠工業(yè)的一種基本設(shè)備，是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備之一，在輪胎和橡膠制品的生產(chǎn)過程中起著非常重要的作用。國外橡膠擠出機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了柱塞式擠出機(jī)、螺桿型熱喂料擠出機(jī)、普通冷喂料擠出機(jī)、主副螺紋冷喂料擠出機(jī)、冷喂料排氣擠出機(jī)、銷釘冷喂料擠出機(jī)、復(fù)合擠出機(jī)等階段。? ?

我國橡膠擠出機(jī)的年產(chǎn)量近800臺(tái)，生產(chǎn)廠家有50家左右。國內(nèi)雖然有眾多橡膠螺桿擠出機(jī)制造企業(yè)。 但具備開發(fā)設(shè)計(jì)能力并在行業(yè)中頗有影響者僅有4~5家。隨著冷喂料擠出機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，熱喂料擠出機(jī)的應(yīng)用范圍正逐步縮小。橡膠擠出機(jī)由熱喂料向冷喂料發(fā)展，冷喂料銷釘式擠出機(jī)已成為發(fā)展主流。銷釘式擠出機(jī)已較多地在我國橡膠工業(yè)中應(yīng)用，現(xiàn)代擠出機(jī)作為橡膠行業(yè)的重要設(shè)備將朝著多螺桿、多流道、多復(fù)合發(fā)展。

此寬幅膠片擠出壓延生產(chǎn)線項(xiàng)目為新建項(xiàng)目，一般地，擠出機(jī)常規(guī)方案都是采用低壓直流電機(jī)，考慮到工廠低壓用電負(fù)荷過大，噪聲過大，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重及當(dāng)?shù)卣咴?。在我司的建議下，客戶最終決定使用匯川提供的一整套高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。

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根據(jù)電機(jī)額定功率，綜合考慮現(xiàn)場工藝等多方面因素，匯川選用型號(hào)為HD92-J100/630-DB的高壓變頻器，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，完全滿足現(xiàn)場使用要求。

二、擠出機(jī)工藝介紹

此次現(xiàn)場擠出機(jī)為銷釘式冷喂料擠出機(jī)。銷釘技術(shù)的研究開始于上世紀(jì)90年代初。通過將銷釘從機(jī)筒圓周方向徑向插入螺桿螺紋槽中，將流動(dòng)的膠料進(jìn)行剪切和攪拌。當(dāng)膠料變成熔體以后，膠體以低剪切速率在螺桿螺紋中流動(dòng)， 逐漸形成連續(xù)的粘流體， 這樣便打破了膠體分子間化學(xué)鍵，破壞了膠料在擠出過程中的層流和結(jié)塊現(xiàn)象，達(dá)到了膠料塑化好、膠溫低和節(jié)能的效果，簡化了生產(chǎn)工藝。

銷釘式擠出機(jī)工藝相對于傳統(tǒng)工藝，切好后的生膠無須加熱，直接加入到擠出機(jī)里，在擠出機(jī)出口端加設(shè)雙輥筒機(jī)頭，塑煉好的膠料直接壓成膠片，然后進(jìn)行冷卻堆放。其控制框圖如下：

銷釘式冷喂料擠出機(jī)在螺桿結(jié)構(gòu)上較為特殊，在機(jī)筒上增加了銷釘，主電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間段阻力矩較大，這對高壓變頻器的低頻轉(zhuǎn)矩要求較高。為了保證膠料的塑化性能與致密性，這要求變頻器穩(wěn)速精度要高同時(shí)連續(xù)工作的可靠性要有保證。綜合以上擠出機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)與現(xiàn)場工況，擠出機(jī)工藝對高壓變頻器的要求如下：

1）起動(dòng)力矩要大。擠出機(jī)的工作特性決定了電機(jī)必須能夠重載啟動(dòng)，變頻器的低頻輸出轉(zhuǎn)矩要好，并有較高的過載能力。

2）調(diào)速性能要好。擠出機(jī)轉(zhuǎn)速要根據(jù)排膠速度，混煉時(shí)間等因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)速。這要求穩(wěn)速精度要高，變頻調(diào)速方便，調(diào)速范圍大，能滿足各種工況下的調(diào)速要求。

3）特性曲線要硬。要保證負(fù)載變化時(shí)（如膠料雜質(zhì)變多，老化嚴(yán)重），擠出機(jī)轉(zhuǎn)速基本上不受影響，防止負(fù)載大小不同時(shí)速降過大，導(dǎo)致可塑度不均，排膠不規(guī)則等膠片品質(zhì)問題，影響客戶生產(chǎn)效率。

4）工作方式轉(zhuǎn)換容易。要能夠方便的進(jìn)行自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)等工作方式的轉(zhuǎn)換，操作方便，控制靈活，不至于因工作方式的轉(zhuǎn)換影響正常生產(chǎn)。

三、變頻驅(qū)動(dòng)方案

改造內(nèi)容：取消原有直流調(diào)速系統(tǒng)，重新采購高壓變頻電機(jī)與我司高壓變頻器。其中變頻器的控制與反饋信號(hào)通過硬線與現(xiàn)場操作總臺(tái)連接，由操作臺(tái)控制變頻器的啟停。操作臺(tái)顯示屏為三菱一體式觸摸屏，控制核心為兩臺(tái)三菱可編程控制器，其中一臺(tái)主控，負(fù)責(zé)擠出機(jī)的主程序，第二臺(tái)為監(jiān)控，負(fù)責(zé)信號(hào)打點(diǎn)、報(bào)警和后備保護(hù)。兩臺(tái)PLC有主有從，互有分工，相互監(jiān)視實(shí)現(xiàn)了安全回路的雙線制。高壓變頻器型號(hào)為我司HD92-J100/630-DB，控制方式采用磁鏈閉環(huán)矢量控制，同時(shí)具備開閉環(huán)自動(dòng)切換功能，當(dāng)電機(jī)編碼器掉線，變頻器可以自動(dòng)切換到開環(huán)矢量控制，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

操作臺(tái)PLC與變頻器之間采用硬線連接方式，通過4~20mA模擬量信號(hào)調(diào)速，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在0~50Hz范圍內(nèi)運(yùn)行。具體接口信息如下圖所示：

變頻器采用兩線式控制模式，通過DI9、DI10兩個(gè)端口分別控制變頻器啟動(dòng)、停止，頻率給定采用4~20mA模擬量信號(hào)，對應(yīng)變頻器輸出頻率0~50Hz；

與高壓開關(guān)柜聯(lián)鎖信號(hào)：

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1）合閘允許：常開接點(diǎn)，閉合有效，此信號(hào)串聯(lián)在供電高壓開關(guān)柜的合閘回路中，當(dāng)變頻器自檢完成或系統(tǒng)處于工頻狀態(tài)時(shí)，信號(hào)閉合，允許用戶合高壓電；

2）高壓跳閘：常閉接點(diǎn)，斷開有效，此信號(hào)并聯(lián)在供電高壓開關(guān)柜的分閘回路上，當(dāng)變頻器發(fā)生重大故障或急停信號(hào)有效時(shí)，分?jǐn)嘤脩舾邏弘姡?

變頻器DO信號(hào)：

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以上輸出信號(hào)全部為獨(dú)立無源干接點(diǎn)，默認(rèn)為常開接點(diǎn)，閉合有效，容量大小為250V AC 5A。

變頻器DI信號(hào)：

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以上輸入信號(hào)僅需客戶提供獨(dú)立無源干接點(diǎn)，脈沖信號(hào)，除急停外，其它信號(hào)均默認(rèn)為常開接點(diǎn)，閉合有效；

變頻器AI信號(hào)：

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注：如果有特殊接口需求，可提前與我公司聯(lián)系，進(jìn)行定制；