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： 图1

2、控制原理图： 图2

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。