張力控制

一、引言

    塑料彩條布作為一種塑料制品，廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、包裝、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。它主要以丙烯、聚乙烯為原料，經(jīng)加熱、擠出、刮絲、收卷、編織、涂膜等工序后形成產(chǎn)品。揭陽雙鳳復(fù)膜廠主要生產(chǎn)各種規(guī)格彩條布，本文以其彩條布生產(chǎn)線為例，講述其主要生產(chǎn)工藝過程和生產(chǎn)線各單元構(gòu)成及相應(yīng)的工作原理，并以奕創(chuàng)飛ECF100系列變頻器為例，詳細(xì)介紹了變頻調(diào)速技術(shù)在彩條布生產(chǎn)線中的應(yīng)用。

 

二、彩條布的生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備

    塑料彩條布主要是以丙烯、聚乙烯為原料，經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出成塑料薄膜，塑料薄膜經(jīng)刮絲、加熱牽伸、回縮定型后由收卷機(jī)收卷成錠子，通過圓織機(jī)將絲線編織成彩條胚布后，送涂膜機(jī)進(jìn)上膠涂覆處理，以提高塑料彩條布的強(qiáng)度、耐磨性和防水性能，其生產(chǎn)工藝流程如圖（1）示：

三、彩條布生產(chǎn)線各單元構(gòu)成及電氣控制

    由以上彩條布生產(chǎn)工藝知道，其生產(chǎn)線設(shè)備主要由塑料平膜拉絲機(jī)單元、收卷單元、編織單元、涂膜單元等構(gòu)成。以下分別介紹各單元工作原理及其電氣控制方法。

3.1平膜拉絲機(jī)單元

3.1.1平膜拉絲機(jī)單元構(gòu)成

平膜拉絲機(jī)單元是彩條布生產(chǎn)的前道工序，主要是將顆粒原料加熱、擠出成塑料薄膜。塑料薄膜經(jīng)冷卻、刮絲、烘干、牽引拉伸、牽引定型后，由收卷單元進(jìn)行收卷。該設(shè)備采用常州成創(chuàng)公司生產(chǎn)的SJ-65/30平膜拉絲機(jī)組，其主要由螺桿擠出機(jī)、冷卻水箱、刮絲裝置、加熱裝置、牽引拉伸與定型等構(gòu)成，設(shè)備如圖（2）所示。其中，螺桿擠出機(jī)的主要參數(shù)如下：

螺桿直徑：ф65

平膜寬度：700mm

螺桿長徑比：30:1

扁絲纖度：600D～2000D

螺桿驅(qū)動功率：45kW

最大擠出量：150kg/h

原材料經(jīng)擠出機(jī)融熔擠出成薄膜，經(jīng)水箱冷卻后由刮絲裝置進(jìn)行分絲，絲線由纏繞牽引輥進(jìn)行拉伸、回縮定型。根據(jù)扁絲工藝要求，扁絲一般首先牽伸3～5倍，然后回縮定型約1～2%。本機(jī)組采用三級牽伸，第一級牽伸輥與第二級牽伸輥間實(shí)現(xiàn)加熱拉伸定型，第二級與第三級實(shí)現(xiàn)回縮定型，其纏繞牽引加熱裝置示意圖如圖（3）所示。其中，牽引1、牽引2、牽引3分別通過三臺電機(jī)驅(qū)動，由三臺變頻器控制。根據(jù)工藝要求，可隨時調(diào)節(jié)兩牽引單元間的速度，實(shí)現(xiàn)絲線適當(dāng)?shù)臓可臁?

圖（3）纏繞牽引加熱裝置結(jié)構(gòu)圖

3.1.2平膜拉絲機(jī)單元電氣控制

    平膜拉絲機(jī)組中，擠出機(jī)及牽引裝置均采用PLC＋變頻器的控制方式。其中，PLC采用三菱FX2N-32MT，變頻器選用奕創(chuàng)飛ECF100-G系列，具體型號見表（1）。圖（4）給出了拉絲機(jī)組的電氣控制示意圖。

傳動單元	平膜擠出機(jī)	牽引1	牽引2	牽引3
電機(jī)功率	45kW	11kW	11kW	7.5kW
變頻器選型	ECF100-T3-045G	ECF100-T3-011G	ECF100-T3-011G	ECF100-T3-07.5G
控制器	FX2N-32MT

表（1）拉絲機(jī)單元變頻器選型表

擠出機(jī)、牽引1、牽引2和牽引3變頻器的啟動和停止通過PLC控制，各單元調(diào)速信號由外部電位器給定，根據(jù)工藝要求可隨著調(diào)節(jié)各牽引輥的速度實(shí)現(xiàn)絲線的拉伸及回縮定型。

3.2收卷單元

3.2.1收卷單元構(gòu)成

加熱拉伸、回縮定型后的絲線由收卷機(jī)進(jìn)行分絲卷繞成錠，供給后序編織單元進(jìn)行編織。收卷機(jī)主要由收卷部件、機(jī)架、電氣箱、傳動機(jī)構(gòu)及錠子等構(gòu)成。

    收卷機(jī)主要由所需要的錠子構(gòu)成，一般有三到五層。收卷機(jī)由4層錠子組成（每層75個，共300個錠子），每個錠子由一個三相220V力矩電機(jī)驅(qū)動，錠子力矩電機(jī)由一臺力矩電機(jī)控制器控制。也可使用奕創(chuàng)飛ECF300系列變頻器加普通異步電機(jī)代替力矩電機(jī)和力矩電機(jī)控制器，采用力矩控制收卷。往復(fù)橫動機(jī)構(gòu)由一臺三相380V異步電機(jī)驅(qū)動，并通過一臺ECF100變頻器驅(qū)動實(shí)現(xiàn)擺頻運(yùn)動。這樣，可將絲線均勻地繞在筒管上，并使筒管表面平整，兩端不存在凸層。

牽引輥?zhàn)冾l器控制方式與擠出機(jī)相同，采用外部端子起停控制和外部電壓調(diào)速方式。

3.2.2收卷單元電氣控制

    收卷機(jī)的電氣傳動主要由錠子電機(jī)與橫動傳動電機(jī)構(gòu)成。錠子電機(jī)采用力矩電機(jī)，當(dāng)絲線發(fā)生堵轉(zhuǎn)時電流不會突變，不會引起電機(jī)燒壞。該生產(chǎn)線收卷機(jī)的錠子力矩電機(jī)采用可控硅控制，電機(jī)運(yùn)行總電流約為44A，電機(jī)電壓約為150V。圖（5）為錠子力矩電機(jī)控制示意圖：

收卷機(jī)往復(fù)橫向傳動機(jī)構(gòu)由一臺7.5kW交流異步電機(jī)驅(qū)動，采用ECF100-T3-7R5G變頻器控制。根據(jù)工藝特點(diǎn)，采用變頻器的擺頻控制功能，這樣能實(shí)現(xiàn)絲線均勻平整地繞在筒管上，絲線兩端也不會出現(xiàn)凸層。通過外部端子控制變頻器的起停，頻率則通過擺頻方式設(shè)定。
3.3彩條布編織單元

    絲線卷繞成錠后主要供給編織單元，塑料彩條布的編織目前大部廠家都采用針織圓織機(jī)進(jìn)行編織。根據(jù)織布寬度，圓織機(jī)一般有4梭、6梭、8梭及10梭等幾種，主要由經(jīng)紗支架、其架、編織裝置、牽引輥、卷繞輥等構(gòu)成。其中，編織裝置是圓織機(jī)的主機(jī)部分。編織裝置由電機(jī)、傳動系統(tǒng)、分絲機(jī)構(gòu)、推梭機(jī)構(gòu)等組成。現(xiàn)有生產(chǎn)的新型圓織機(jī)的電氣傳動也采用變頻實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。關(guān)于圓織機(jī)工作原理本文不作詳細(xì)敘述。
3.4涂膜成型單元

    絲線經(jīng)圓織機(jī)編織成彩條胚布后，需要進(jìn)行涂膜處理。主要是將聚乙烯或聚丙烯為原料塑料薄膜涂覆在彩條布上，使彩條布不漏水、不開膠，同時提高彩條布的強(qiáng)度和耐磨性，涂覆工作由涂膜機(jī)完成。

3.4.1涂膜機(jī)構(gòu)成

    涂膜機(jī)主要由放卷裝置、調(diào)偏裝置、擠壓裝置、擠出機(jī)、冷卻裝置、切邊和收卷裝置等構(gòu)成，結(jié)構(gòu)圖如下。

彩條胚布經(jīng)加熱輥3預(yù)熱后，由擠出機(jī)5將融熔的塑料擠出，流到硅膠輥4與冷卻輥6之間的彩條布上，由硅膠輥與冷卻輥擠壓涂覆。其中，冷卻輥為傳動輥，采用變頻調(diào)速；硅膠輥為從動輥，依靠之間的摩擦力帶動；收卷輥也采用變頻控制，根據(jù)張力桿位置隨時調(diào)節(jié)收卷電機(jī)速度。其電氣控制如下所述。

3.4.2涂膜機(jī)電氣控制
   涂膜機(jī)電氣控制部分主要有擠出機(jī)螺桿電機(jī)、冷卻輥電機(jī)和收卷輥電機(jī)，各部分均采用變頻調(diào)速。其中，擠出機(jī)變頻控制方法與平膜拉絲機(jī)組中的擠出機(jī)部分相同，這里不再重復(fù)。涂膜機(jī)組中主要是冷卻輥電機(jī)與收卷輥電機(jī)的調(diào)速。根據(jù)工藝要求，隨著收卷卷徑的增大，收卷電機(jī)的轉(zhuǎn)速需要逐漸降低，這樣才能保持線速度一致。由于彩條布收卷對張力要求不高，冷卻輥與收卷輥間采用一個張力桿來實(shí)現(xiàn)恒線速度控制。冷卻輥電機(jī)為22kW，4極異步電機(jī)，收卷輥電機(jī)為11kW，4極異步電機(jī)，分別選用AC62-T3-022L和AC62-T3-011L變頻器，如圖（7）所示。冷卻輥?zhàn)冾l器通過外部電位器給定調(diào)速信號，其模擬輸出信號（0～10V）與張力桿位置反饋信號（-10V～10V）作為收卷變頻器的調(diào)速給定信號。采用雙道組合功能，當(dāng)張力桿處于平衡位置上方時收卷變頻器頻率上升，當(dāng)張力桿處于平衡位置下方時收卷變頻器頻率下降，從而保持冷卻輥與收卷保持相同線速度運(yùn)行。

 

四、調(diào)試注意事項

     彩條布生產(chǎn)線由多個不同單元構(gòu)成，各單元工藝要求不同，因而電氣控制相對比較復(fù)雜。本生產(chǎn)線大多采用變頻調(diào)速技術(shù)，使用到了變頻器多種控制功能，在調(diào)試時應(yīng)先熟悉生產(chǎn)工藝控制要求和變頻器相應(yīng)功能，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試主要應(yīng)注意以下一些事項。
4.1絲線收卷機(jī)變頻器選型
    在選用變頻器時先要了解各單元負(fù)載的特性，根據(jù)負(fù)載的特性選用適當(dāng)?shù)淖冾l器。該生產(chǎn)線中，收卷機(jī)由原先采用可控硅控制力矩電機(jī)改為變頻器控制，該收卷機(jī)正常工作時電流約為44A。因而這里選用AC80變頻器加三相異步電機(jī)，替代原力矩電機(jī)收卷方案。每臺變頻器拖動一臺普通電機(jī)，采用力矩控制模式收卷，控制精度和響應(yīng)速度較力矩電機(jī)有大幅提高。詳細(xì)替代方法可參見《奕創(chuàng)飛AC80矢量型變頻器替代力矩電機(jī)應(yīng)用方案》。

4.2涂膜機(jī)組收卷調(diào)試

    根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，在調(diào)試變頻器時一般按“先單后多，先輕后重”原則進(jìn)行，即在生產(chǎn)線設(shè)備調(diào)試時，先對各個單元進(jìn)行分別調(diào)試，各單元調(diào)試正常后再進(jìn)行多單元聯(lián)調(diào)，先空車調(diào)試正常后再帶負(fù)載調(diào)試。由于彩條布收卷對張力要求不高，可采用給定信號與張力桿線性疊加方式來實(shí)現(xiàn)收卷變頻器控制，其它收卷場合大多要求使用帶張力控制功能的變頻器來控制。

 

五、總結(jié)

    彩條布是我們生活中常用的塑料制品，其應(yīng)用廣泛，由于變頻調(diào)速技術(shù)的推廣，各種塑料機(jī)械采用變頻調(diào)速技術(shù)后，一方面提高了產(chǎn)品精度、設(shè)備自動化控制程度及工作效率，另一方面減少了設(shè)備維修成本，并達(dá)到一定的節(jié)能效果。