基本介紹
目前部分吹膜機(jī)收卷機(jī)構(gòu)的張力控制是使用力矩電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，這種形式控制不穩(wěn)定，時(shí)間長了會(huì)變，需要重新調(diào)整，特別是大型的收卷機(jī)構(gòu)變動(dòng)更大，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。我們推薦VE系列變頻器配合張力傳感器，來滿足自動(dòng)調(diào)節(jié)收卷張力的要求。本文主要介紹吹膜機(jī)收卷機(jī)構(gòu)特性，以及臺(tái)達(dá)VE系列變頻器如何在吹膜機(jī)收卷機(jī)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)張力控制。
設(shè)備介紹
一、收卷機(jī)構(gòu)原理：
1、張力檢測輥
此輥是控制薄膜收卷時(shí)提供合理的張力反饋的主要部件，薄膜的張力通過張力輥兩端軸承下方的壓力傳感器進(jìn)行檢測，檢測的信號(hào)通過轉(zhuǎn)換變成4～20mA的仿真量信號(hào)，VE系列變頻器通過ACI端子接收該信號(hào)，利用自身的PID功能調(diào)節(jié)控制收卷電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以保證適當(dāng)?shù)氖站韽埩Α?/p>
2、展平輥
使薄膜展平，消除薄膜在拉伸應(yīng)力作用下產(chǎn)生的一些縱向皺紋。
3、壓緊輥
在收卷機(jī)構(gòu)的前面裝有一個(gè)可以改變位置的跟蹤輥，其主要作用是將薄膜壓靠在收卷軸芯上，以一定壓力接觸收卷，使薄膜迅速地平整轉(zhuǎn)到收卷軸芯上，實(shí)現(xiàn)平整收卷的目的，以及借助跟壓緊輥對(duì)收卷料施加一定的壓力，及時(shí)排除收卷時(shí)膜層間的空氣，使收卷料緊密。
4、分切機(jī)構(gòu)
吹出的薄膜若不是制作成塑料袋，就會(huì)分切成兩組薄膜再收卷。
5、收卷輥
收卷輥由VE系列變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)來傳動(dòng)，收卷速度的控制系統(tǒng)與前端的拉伸機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接，與吹膜出料的拉伸機(jī)構(gòu)線速度同步，利用張力檢測輥的張力信號(hào)反饋到變頻器，實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)控制收卷張力。
二、控制薄膜的張力對(duì)收卷質(zhì)量的影響
為了牽引薄膜，并將其卷到收卷芯上，必須給薄膜施加一定拉伸使其張緊的牽引力，其中張緊薄膜的力即為張力。通常由于薄膜的材料厚度、寬度及性能不同，選用的收卷方式也有不同，張力的大小也需要調(diào)整。
收卷張力的大小直接影響產(chǎn)品收卷的質(zhì)量及效率。張力過大，收卷過緊，薄膜容易產(chǎn)生皺紋甚至拉斷；張力不足，帶入膜層的空氣量過多，收卷料薄膜的密度小，薄膜容易在里面產(chǎn)生軸向滑移及嚴(yán)重的錯(cuò)位，以致造成卷邊不齊。分切時(shí)放卷軸若產(chǎn)生大幅度擺動(dòng)，會(huì)影響分切薄膜的質(zhì)量。所以收卷機(jī)構(gòu)必須具有良好的張力控制系統(tǒng)。
三、收卷輥的控制系統(tǒng)原理
使用VFD-VE可以使用兩種方式實(shí)現(xiàn)張力恒定，一種是速度模式+張力死循環(huán)，另一種是力矩模式+張力開環(huán)。力矩模式+張力開環(huán)優(yōu)點(diǎn)是不需要張力檢測信號(hào)，缺點(diǎn)是效果會(huì)受限于力矩控制精度，在要求較高場合比較建議使用速度模式張力死循環(huán)。
本案例收卷輥的控制是速度模式下，以牽引輥速度作前饋并以張力回授作輔助，通過控制主牽引與收卷的速度差相對(duì)恒定實(shí)現(xiàn)張力恒定控制。但薄膜收卷時(shí)，收料卷直徑D會(huì)增大，如果收卷輥的轉(zhuǎn)速n不變，根據(jù)V=π*D*n，收卷線速度V會(huì)增大，所以要維持速度差恒定而控制張力恒定，收卷輥的收卷轉(zhuǎn)速n必須隨著收料卷的直徑增大而減小，否則會(huì)引起收卷張力的遞增，造成膜卷的內(nèi)松外緊，外層薄膜把內(nèi)層薄膜壓皺，影響收卷質(zhì)量。
收卷輥的控制方案：張力傳感器直接檢測張力，VE變頻器實(shí)施PID張力調(diào)節(jié)控制。
張力傳感器安裝在張力檢測輥的軸承下面，將檢測到的薄膜張力轉(zhuǎn)換成仿真量信號(hào)，送到VE變頻器中，使之與原設(shè)定的張力信號(hào)比較后，進(jìn)行PID計(jì)算，然后將得出的所需要的輸出頻率送到收卷電機(jī)，達(dá)到控制收卷輥轉(zhuǎn)速，以及滿足張力控制的要求。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是控制精度高，動(dòng)態(tài)性能好，適用范圍廣。
1、系統(tǒng)配置：
2、控制原理圖：
應(yīng)用規(guī)劃及效果
1、控制方式選擇：
牽引段：V/F控制+編碼器 (Encoder)(VFPG)，目的是保證與吹膜出料端保持一定的穩(wěn)定拉伸速度；
收卷段：FOC向量控制+編碼器 (Encoder)(FOCPG), 目的是保證電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)張力控制。隨著收卷直徑變大，自動(dòng)調(diào)整收卷時(shí)的力矩，達(dá)到穩(wěn)定收卷時(shí)的拉伸力。
應(yīng)用客戶為廣東中山某塑料機(jī)械廠的大型吹膜機(jī)，該設(shè)備高約15米，最大吹膜寬度2.5米，可以吹出三層材料的塑料膜，收料機(jī)用了2臺(tái)3.7KW的VE型變頻器做收卷張力控制。
2、試機(jī)效果：
靜態(tài)時(shí)，若PID目標(biāo)值設(shè)定7.00kg，PID回授基本能穩(wěn)定在6.9～7.2kg之間；
動(dòng)態(tài)時(shí)，若牽引軸設(shè)定10Hz,收卷軸PID目標(biāo)值設(shè)定7.00kg，PID回授基本能穩(wěn)定約在7.0～7.4kg之間波動(dòng)，收卷軸輸出頻率約在20～21Hz之間波動(dòng)；
若牽引軸設(shè)定20Hz,收卷軸PID目標(biāo)值設(shè)定7.00kg，PID回授基本能穩(wěn)定約在7.1～7.6之間波動(dòng)，收卷軸輸出頻率約在40～48Hz之間波動(dòng)。
總之：
1、薄膜收卷的質(zhì)量主要受薄膜收卷張力的影響，因此收卷輥的張力控制系統(tǒng)是該設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵所在；
2、薄膜的收卷質(zhì)量還受其它因素的影響，如薄膜的材料、溫度、性質(zhì)（如彈塑性）以及薄膜厚度的均勻性等等的影響，因此，設(shè)定的收卷張力必須與薄膜的這些特性相適應(yīng)；
3、薄膜收卷時(shí)的張力衰減及張力補(bǔ)償也是影響收卷質(zhì)量的重要因素；
4、為了保證張力檢測的準(zhǔn)確性，建議在使用前，收卷機(jī)構(gòu)的張力檢測輥必須在高于最大生產(chǎn)速度125倍的速度下，進(jìn)行動(dòng)平衡處理，減少轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生張力檢測的波動(dòng)，影響變頻器的PID運(yùn)算和控制；
5、目前該張力系統(tǒng)當(dāng)牽引軸輸送速度較高時(shí)，有點(diǎn)超調(diào)，但收卷效果能滿足要求，同時(shí)客戶也不希望收卷張力低于目標(biāo)值；
6、經(jīng)過連續(xù)3天的試機(jī)生產(chǎn)，收卷效果顯著滿足客戶要求。
