convo变频器在塑料彩条布生产线中的应用

1、引 言
          塑料彩条布作为一种塑料制品，广泛用于工业、农业、建筑、包装、运输等领域。它主要以丙烯、聚乙烯为原料，经加热、挤出、刮丝、收卷、编织、涂膜等工序后形成产品。揭阳双凤复膜厂主要生产各种规格彩条布,本文以其彩条布生产线为例，讲述其主要生产工艺过程和生产线各单元构成及相应的工作原理，并以康沃变频器为例，详细介绍了变频调速技术在彩条布生产线中的应用。

2、彩条布的生产工艺及主要设备
         塑料彩条布主要是以丙烯、聚乙烯为原料，经螺杆挤出机挤出成塑料薄膜，塑料薄膜经刮丝、加热牵伸、回缩定型后由收卷机收卷成锭子，通过圆织机将丝线编织成彩条胚布后，送涂膜机进上胶涂覆处理，以提高塑料彩条布的强度、耐磨性和防水性能，其工艺流程如图1示：

彩条布生产工艺流程图

图1彩条布生产工艺流程图

3、彩条布生产线各单元构成及电气控制
由以上彩条布生产工艺知道，其生产线设备主要由塑料平膜拉丝机单元、收卷单元、编织单元、涂膜单元等构成。以下分别介绍各单元工作原理及其电气控制方法。

3.1平膜拉丝机单元
3.1.1平膜拉丝机单元构成
平膜拉丝机单元是彩条布生产的前道工序，主要是将颗粒原料加热、挤出成塑料薄膜。塑料薄膜经冷却、刮丝、烘干、牵引拉伸、牵引定型后，由收卷单元进行收卷。该厂采用常州成创公司生产的SJ-65/30平膜拉丝机组，其主要由螺杆挤出机、冷却水箱、刮丝装置、加热装置、牵引拉伸与定型等构成，设备如图2所示。

其中，螺杆挤出机的主要参数如下：
螺杆直径 ：
ф65
平膜宽度 ：
700mm

螺杆长径比：
30:1
扁丝纤度：
600D-2000D

螺杆驱动功率：
45KW
最大挤出量：
150kg/h


平膜拉丝机设备示意图

图2平膜拉丝机设备示意图
原材料经挤出机融熔挤出成薄膜，经水箱冷却后由刮丝装置进行分丝，丝线由缠绕牵引辊进行拉伸、回缩定型。根据扁丝工艺要求，扁丝一般首先牵伸3～5倍，然后回缩定型约1～2%。本机组采用三级牵伸，第一级牵伸辊与第二级牵伸辊间实现加热拉伸定型，第二级与第三级实现回缩定型，其缠绕牵引加热装置示意图如图3所示。其中，牵引1、牵引2、牵引3分别通过三台电机驱动，由三台变频器控制。根据工艺要求，可随时调节两牵引单元间的速度，实现丝线适当的牵伸。


缠绕牵引加热装置结构图

图3 缠绕牵引加热装置结构图

3.1.2平膜拉丝机单元电气控制
平膜拉丝机组中，挤出机及牵引装置均采用PLC＋变频器的控制方式。其中，PLC采用三菱FX2N-32MT，变频器选用康沃G2系列，具体型号见表1。图4给出了拉丝机组的电气控制示意图。

表1 拉丝机单元变频器选型表
传动单元
电机功率
变频器选型
控制器

平膜挤出机
45KW
CVF-G2-4T0450
MITSHUBISHI

FX2N-32MT
牵引1
11KW
CVF-G2-4T0110B

牵引2
11KW
CVF-G2-4T0110B

牵引3
7.5KW
CVF-G2-4T0075C

挤出机、牵引1、牵引2和牵引3变频器的启动和停止通过PLC控制，各单元调速信号由外部电位器给定，根据工艺要求可随着调节各牵引辊的速度实现丝线的拉伸及回缩定型，以挤出机变频器为例其主要参数设定如表2示：


拉丝机组电气控制示意图

图4拉丝机组电气控制示意图
表2挤出机变频器主要参数设定
主要参数
设定值
含 义
主要参数
设定值
含 义

b-0
1
中级运行参数
b-1
2
外部电压信号1

b-3
2
外部起动信号
b-7
30
加速时间

L-0
0
恒转矩曲线
L-1
5
转矩补偿

L-11
1
自由停车方式
L-34
0
电压信号下限

L-35
10
电压信号上限
L-49
0
对应频率上限

L-50
50
对应频率上限
L-57
3
载波频率

牵引辊变频器控制方式与挤出机相同，采用外部端子起停控制和外部电压调速方式，其参数设定与上表类似。

3.2收卷单元
3.2.1收卷单元构成
加热拉伸、回缩定型后的丝线由收卷机进行分丝卷绕成锭，供给后序编织单元进行编织。收卷机主要由收卷部件、机架、电气箱、传动机构及锭子等构成，设备如图5所示。


收卷机设备示意图

图5 收卷机设备示意图
收卷机主要由所需要的锭子构成，一般有三到五层。图5所示收卷机由4层锭子组成（每层75个，共300个锭子），每个锭子由一个三相220V力矩电机驱动，锭子力矩电机由一台CVF-G2-4T0220变频器控制。往复横动机构由一台三相380V异步电机驱动，并通过一台CVF-G2-4T0110变频器驱动实现摆频运动。这样，可将丝线均匀地绕在筒管上，并使用筒管表面平整，两端不存在凸层。

3.2.2收卷单元电气控制
收卷机的电气传动主要由锭子电机与横动传动电机构成。锭子电机采用力矩电机，当丝线发生堵转时电流不会突变，不会引起电机烧坏。该生产线收卷机的锭子力矩电机采用可控硅控制，电机运行总电流约为44A，电机电压约为150V，现采用康沃CVF-G2-4T0220变频器进行改造。图6为锭子力矩电机变频控制示意图。


锭子力矩电机变频控制图


图6 锭子力矩电机变频控制图
收卷机往复横向传动机构由一台7.5KW交流异步电机驱动，采用CVF-G2-4T0075变频器控制。根据工艺特点，采用变频器的摆频控制功能，这样能实现丝线均匀平整地绕在筒管上，丝线两端也不会出现凸层。通过外部端子控制变频器的起停，频率则通过摆频方式设定，其主要参数设定见表3。

表3 收卷机摆频变频器主要参数设定
主要参数
设定值
含义
主要参数
设定值
含义

b-0
2
高级运行参数
b-1
1
面板数字设定

b-3
2
外部起动信号
b-7
5
加速时间

b-8
5
减速时间
L-18
42
摆频上限

L-19
38
摆频下限
L-20
0.5
突跳频率

H-14
4
摆频功能

3.3彩条布编织单元
丝线卷绕成锭后主要供给编织单元，塑料彩条布的编织目前大部厂家都采用针织圆织机进行编织。根据织布宽度，圆织机一般有4梭、6梭、8梭及10梭等几种，主要由经纱支架、其架、编织装置、牵引辊、卷绕辊等构成。其中，编织装置是圆织机的主机部分。编织装置由电机、传动系统、分丝机构、推梭机构等组成。现有生产的新型圆织机的电气传动也采用变频实现无级调速。关于圆织机工作原理本文不作详细叙述。

3.4涂膜成型单元
丝线经圆织机编织成彩条胚布后，需要进行涂膜处理。主要是将聚乙烯或聚丙烯为原料塑料薄膜涂覆在彩条布上，使彩条布不漏水、不开胶，同时提高彩条布的强度和耐磨性，涂覆工作由涂膜机完成。

3.4.1涂膜机构成
涂膜机主要由放卷装置、调偏装置、挤压装置、挤出机、冷却装置、切边和收卷装置等构成，结构图如下。


涂膜机结构图

图7涂膜机结构图
彩条胚布经加热辊3预热后，由挤出机5将融熔的塑料挤出，流到硅胶辊4与冷却辊6之间的彩条布上，由硅胶辊与冷却辊挤压涂覆。其中，冷却辊为传动辊，采用变频调速；硅胶辊为从动辊，依靠两间的摩擦力带动；收卷辊也采用变频控制，根据张力杆位置随时调节收卷电机速度。其电气控制如下所述。

3.4.2涂膜机电气控制
涂膜机电气控制部分主要有挤出机螺杆电机、冷却辊电机和收卷辊电机，各部分均采用变频调速。其中，挤出机变频控制方法与平膜拉丝机组中的挤出机部分相同，这里不再重复。涂膜机组中主要是冷却辊电机与收卷辊电机的调速。根据工艺要求，随着收卷卷径的增大，收卷电机的转速需要逐渐降低，这样才能保持线速度一致。由于彩条布收卷对张力要求不高，冷却辊与收卷辊间采用一个张力杆来实现恒线速度控制。冷却辊电机为22KW、4极异步电机，收卷辊电机为11KW、4极异步电机，分别选用CVF-G2-4T0220和CVF-G2-4T0150变频器，如图8所示。


涂膜机电气控制图

图8 涂膜机电气控制图
冷却辊变频器通过外部电位器给定调速信号，其模拟输出信号（0～10V）与张力杆位置反馈信号（-10V～10V）作为收卷变频器的调速给定信号。采用双道组合功能，当张力杆处于平衡位置上方时收卷变频器频率上升，当张力杆处于平衡位置下方时收卷变频器频率下降，从而保持冷却辊与收卷保持相同线速度运行。收卷变频器主要参数设定如表4所示。

表4 收卷电机变频主要参数设定
主要参数
设定值
含义
主要参数
设定值
含义

b-0
2
高级运行参数
b-1
8
组合设定

b-3
1
外部起动信号
b-7
5
加速时间

b-8
5
减速时间
L-37
-10
下限电压2

L-38
10
上限电压2
L-41
1
双极性选择

L-42
0.5
零点滞环
L-56
4
双通道叠加

4、调试注意事项
        彩条布生产线由多个不同单元构成，各单元工艺要求不同，因而电气控制相对比较复杂。本生产线大多采用变频调速技术，使用到了变频器多种控制功能，在调试时应先熟悉生产工艺控制要求和变频器相应功能，根据现场调试主要应注意以下一些事项。

4.1丝线收卷机变频器选型
在选用变频器时先要了解各单元负载的特性，根据负载的特性选用适当的变频器。该生产线中，收卷机由原先采用可控硅控制力矩电机改为变频器控制，在选用变频器时应从工作电流、工作电压两方面考虑。该收卷机正常工作时电流约为44A，电压约150V，选用三相通用变频器时，变频器的额定电流应大于44A，因而这里选用CVF-G2-4T0220变频器，其输出功率为22KW，额定电流为45A，过载能力可达150%/1分钟，同时其V/F曲线中输出电压设定范围在200V到500V，在这里设定为220V可满足要求。

4.2涂膜机组收卷调试
根据现场调试经验，在调试变频器时一般按“先单后多,先轻后重”原则进行，即在生产线设备调试时,先对各个单元进行分别调试，各单元调试正常后再进行多单元联调，先空车调试正常后再带负载调试。冷却辊与收卷辊空车调试时，可先将张力杆置于中间位置，上下摆动张力杆位置，观察收卷变频器的频率变化，可通过设定收卷变频零点滞环宽度（对应参数为L-42）来确定张力杆不动作范围，以避免刚起动时收卷变频变化过快引起的彩条布被过大拉伸变形。空车调试完毕后，加彩条布进行带载调试。这时应观察彩条布经冷却辊与收卷辊时之间的松紧程度，根据收卷辊变化速率适当调整VI2电压通道的比例，即当收卷辊变化慢时适当缩小收卷变频器L-37和L-38参数设定值，同样当收卷辊变化过快时相应增加其设定值。由于彩条布收卷对张力要求不高，可采用给定信号与张力杆线性叠加方式来实现收卷变频器控制，其它收卷场合大多要求使用带张力控制功能的变频器来控制。

5、总结
         彩条布是我们生活中常用的塑料制品,其应用广泛,由于变频调速技术的推广，各种塑料机械采用变频调速技术后，一方面提高了产品精度、设备自动化控制程度及工作效率，另一方面减少了设备维修成本，并达到一定的节能效果。