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台达VE变频器在吹膜机收卷上张力控制应用

更新时间:2014-11-07

台达VE变频器在吹膜机收卷上张力控制应用

  基本介绍
  目前部分吹膜机收卷机构的张力控制是使用力矩电机来实现的,这种形式控制不稳定,时间长了会变,需要重新调整,特别是大型的收卷机构变动更大,不能实现自动调节。我们推荐VE系列变频器配合张力传感器,来满足自动调节收卷张力的要求。本文主要介绍吹膜机收卷机构特性,以及台达VE系列变频器如何在吹膜机收卷机构上实现张力控制。
  设备介绍
  一、收卷机构原理:
  1、张力检测辊
  此辊是控制薄膜收卷时提供合理的张力反馈的主要部件,薄膜的张力通过张力辊两端轴承下方的压力传感器进行检测,检测的信号通过转换变成4~20mA的仿真量信号,VE系列变频器通过ACI端子接收该信号,利用自身的PID功能调节控制收卷电机的转速,以保证适当的收卷张力。
  2、展平辊
  使薄膜展平,消除薄膜在拉伸应力作用下产生的一些纵向皱纹。
  3、压紧辊
  在收卷机构的前面装有一个可以改变位置的跟踪辊,其主要作用是将薄膜压靠在收卷轴芯上,以一定压力接触收卷,使薄膜迅速地平整转到收卷轴芯上,实现平整收卷的目的,以及借助跟压紧辊对收卷料施加一定的压力,及时排除收卷时膜层间的空气,使收卷料紧密。
  4、分切机构
  吹出的薄膜若不是制作成塑料袋,就会分切成两组薄膜再收卷。
  5、收卷辊
  收卷辊由VE系列变频器驱动电机来传动,收卷速度的控制系统与前端的拉伸机构的驱动系统连接,与吹膜出料的拉伸机构线速度同步,利用张力检测辊的张力信号反馈到变频器,实现PID调节控制收卷张力。
  二、控制薄膜的张力对收卷质量的影响
  为了牵引薄膜,并将其卷到收卷芯上,必须给薄膜施加一定拉伸使其张紧的牵引力,其中张紧薄膜的力即为张力。通常由于薄膜的材料厚度、宽度及性能不同,选用的收卷方式也有不同,张力的大小也需要调整。
  收卷张力的大小直接影响产品收卷的质量及效率。张力过大,收卷过紧,薄膜容易产生皱纹甚至拉断;张力不足,带入膜层的空气量过多,收卷料薄膜的密度小,薄膜容易在里面产生轴向滑移及严重的错位,以致造成卷边不齐。分切时放卷轴若产生大幅度摆动,会影响分切薄膜的质量。所以收卷机构必须具有良好的张力控制系统。
  三、收卷辊的控制系统原理
  使用VFD-VE可以使用两种方式实现张力恒定,一种是速度模式+张力死循环,另一种是力矩模式+张力开环。力矩模式+张力开环优点是不需要张力检测信号,缺点是效果会受限于力矩控制精度,在要求较高场合比较建议使用速度模式张力死循环。
  本案例收卷辊的控制是速度模式下,以牵引辊速度作前馈并以张力回授作辅助,通过控制主牵引与收卷的速度差相对恒定实现张力恒定控制。但薄膜收卷时,收料卷直径D会增大,如果收卷辊的转速n不变,根据V=π*D*n,收卷线速度V会增大,所以要维持速度差恒定而控制张力恒定,收卷辊的收卷转速n必须随着收料卷的直径增大而减小,否则会引起收卷张力的递增,造成膜卷的内松外紧,外层薄膜把内层薄膜压皱,影响收卷质量。
  收卷辊的控制方案:张力传感器直接检测张力,VE变频器实施PID张力调节控制。
  张力传感器安装在张力检测辊的轴承下面,将检测到的薄膜张力转换成仿真量信号,送到VE变频器中,使之与原设定的张力信号比较后,进行PID计算,然后将得出的所需要的输出频率送到收卷电机,达到控制收卷辊转速,以及满足张力控制的要求。这种方案的优点是控制精度高,动态性能好,适用范围广。
  1、系统配置:


  2、控制原理图:


  应用规划及效果
  1、控制方式选择:
  牵引段:V/F控制+编码器 (Encoder)(VFPG),目的是保证与吹膜出料端保持一定的稳定拉伸速度;
  收卷段:FOC向量控制+编码器 (Encoder)(FOCPG), 目的是保证电机转速恒定以实现精准张力控制。随着收卷直径变大,自动调整收卷时的力矩,达到稳定收卷时的拉伸力。
  应用客户为广东中山某塑料机械厂的大型吹膜机,该设备高约15米,最大吹膜宽度2.5米,可以吹出三层材料的塑料膜,收料机用了2台3.7KW的VE型变频器做收卷张力控制。
  2、试机效果:
  静态时,若PID目标值设定7.00kg,PID回授基本能稳定在6.9~7.2kg之间;
  动态时,若牵引轴设定10Hz,收卷轴PID目标值设定7.00kg,PID回授基本能稳定约在7.0~7.4kg之间波动,收卷轴输出频率约在20~21Hz之间波动;
  若牵引轴设定20Hz,收卷轴PID目标值设定7.00kg,PID回授基本能稳定约在7.1~7.6之间波动,收卷轴输出频率约在40~48Hz之间波动。
  总之:
  1、薄膜收卷的质量主要受薄膜收卷张力的影响,因此收卷辊的张力控制系统是该设备的一个关键所在;
  2、薄膜的收卷质量还受其它因素的影响,如薄膜的材料、温度、性质(如弹塑性)以及薄膜厚度的均匀性等等的影响,因此,设定的收卷张力必须与薄膜的这些特性相适应;
  3、薄膜收卷时的张力衰减及张力补偿也是影响收卷质量的重要因素;
  4、为了保证张力检测的准确性,建议在使用前,收卷机构的张力检测辊必须在高于最大生产速度125倍的速度下,进行动平衡处理,减少转动过程中产生张力检测的波动,影响变频器的PID运算和控制;
  5、目前该张力系统当牵引轴输送速度较高时,有点超调,但收卷效果能满足要求,同时客户也不希望收卷张力低于目标值;
  6、经过连续3天的试机生产,收卷效果显著满足客户要求。

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