汇川变频器在印刷包装行业复合机中的应用
2010/1/11 14:48:00
1 引言
复合机是包装印刷行业中重要设备，所谓复合是指通过某种工艺方法，将两种或两种以上的材料层合在一起，形成新的一体材料，经过复合后的材料一方面保持原有材料的优点，另一方面还能弥补彼此的缺点。常见的复合方法主要有干式复合法、湿式复合法、热熔复合法、挤出复合法和无溶剂复合法。
干式复合法是复合工艺常见方法之一，它是在复合基材上均匀涂布一层溶剂型粘合剂，经过烘箱除去粘合剂后干燥，在热压状态下与其他复合基材层复合后形成复合材料。常用材料是塑料薄膜、纸张及铝箔等。因此，复合工艺是目前印刷包装行业非常重要的一道工序。干式复合机的原理如图1所示，在本系统中，薄膜或纸张的卷筒通过第一放卷机构的放卷架，进入上胶牵引辊，然后在复合控制箱中进行加热处理，再与另外一层材料(由第二放卷机构控制)进行复合，最后由收卷机构进行收卷。
(1) 复合机的控制要求
复合机的组成部分包括第一放卷机构、第二放卷机构、上胶电机(从动)、复合电机(主动)及收卷机构，其工艺要求主要是：
• 速度平稳。一般能在10～150m/min的控制范围内平稳起停。
• 张力均衡。通过控制第一放卷段张力、第二放卷段张力、烘箱段张力及收卷段张力，保证最终收卷张力在50～250N之间，以保证适应不同的复合基材。
• 幅宽可调。在最小幅宽～最大幅宽之间根据复合材料的不同可自由调节。
(2) 控制系统现状
行业中目前常用的方案:收卷张力通过磁粉离合器或力矩电机来控制，第一、第二放卷张力通过磁粉制动器来控制。烘箱段张力的控制主要是通过浮辊电位器来检测速度的偏差，通过电位器手动或通过同步控制板来自动调节复合电机与上胶电机速度的同步来保持恒张力。
(3) 目前存在的问题
这些问题包括以下几点：
• 在很多经济型复合机中还是采用滑差电机作为上胶电机和复合电机的首选，导致耗能大、维护繁琐、转速不稳。
• 磁粉离合器因为在小卷及大卷时过大的滑差，以及在收大卷时需要输出大转矩即需要更大的电流，从而造成的磁粉发热因而容易损坏。
• 力矩电机在控制收卷时由于在小卷及大卷时需要保持一定的张力锥度，所以经常人为调节力矩大小，来保证内紧外松的收卷效果。不同的操作人员生产出来的产品差别较大。而且力矩电机调速范围较小。
• 用同步控制板来调节烘箱段张力调试较麻烦，一般在加减速过程中浮辊不稳定，而且由于非专业制造此同步板是复合机的一个故障点。如果用电位器来手动调节同步，操作比较麻烦，而且人为因素影响较大，有时造成同步失灵现象的发生。
(4) 复合机变频控制的关键
在如何降低复合机控制系统的成本和提高控制系统的稳定性问题上，相信很多人都会想到交流变频器，的确交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电以及在国民经济领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的调速方式。但现在关键的地方有两处：
• 中心卷取
卷取是一种常见的控制系统，广泛应用于造纸、印刷、染织等生产过程中的后续工作，以制成半成品或成品卷筒物，但是长期以来卷取(尤其是中心卷取)的控制系统只能在直流传动、磁粉控制、力矩电机三者中进行选择，变频控制由于算法复杂而一直受到冷遇。现在汇川变频器提供了专用的张力控制变频器可以很好地解决收卷和放卷问题。
• 同步跟随
需要能够根据同步反馈信号来及时调整速度的快慢，在加减速时能快速达成同步效果，因此变频器必须具有反馈控制功能和快速响应能力。
2 汇川变频器在干式复合机上应用方案一
从成本的角度考虑，一些复合机用户只用变频器来取代原来驱动上胶电机及复合电机的滑差电机控制部分，这样一来，复合机的速度控制更加节能、平稳，同时比起原先的控制系统还能省去同步板的成本及麻烦，而放卷及收卷机构仍然沿用原有的磁粉或力矩电机。
此方案的结构示意图如图2所示。
（1) 系统配置说明
此系统是常用的简单实现主从机速度同步的方案。代替了两台普通变频器+同步板的方案。第一放卷及第二放卷是通过磁粉制动器来实现，张力收卷用磁粉离合器或力矩电机来实现。
（2) 系统优势
系统结构简单，只需两台变频器就可实现速度同步控制，有效减少了系统故障点;调试方便，有宽范围的参数设置，对浮辊的平衡位置控制可通过变频器参数来控制;速度控制是通过内置PID来实现，处理速度快，浮辊稳定性好，特别是加减速过程中浮辊稳定，有效遏制材料跑偏现象;因矢量变频器低频力大的缘故，0.5Hz以上可以平稳运行;相对于原来的系统，成本降低。
（3) 系统缺陷
收放卷系统因为依旧采用磁粉及力矩电机，此器件本身带给系统的缺陷依然存在。
3 汇川变频器在干式复合机上应用方案二
第二种方案是用在第一种方案的基础上，用汇川的张力专用型变频器MD330取代了收卷的磁粉离合器或力矩电机，用MD300取代了第一放卷的磁粉制动器。
第二种方案的结构示意图如图3所示。
(1) 基本方案介绍
收卷及放卷均用汇川张力控制变频器来控制。收放卷变频器均需工作在转矩模式，可实现恒张力控制。放卷驱动用汇川简易型变频器来控制，收卷同步驱动用汇川通用型变频器来控制。放卷驱动可用汇川简易型变频器MD300，主机速度常用电位器或加减速按钮控制，推荐使用加减速按钮来控制速度，可以使加减速过程更稳定。变频器工作在开环矢量方式下。MD300的输出端子AO1设定为运行频率，作为收卷部分变频器的主速度给定。
烘箱张力控制部分用汇川通用型变频器MD320来控制上胶电机。主速度给定来自复合变频器模拟输出端口。另外摆杆电位器模拟量输入通过AI2通道作为PID的反馈量。MD320的频率源为主辅频率AI1和辅助频率源(PID)叠加的方式。通过调整PID的参数，可以获得非常稳定的效果。调试简便，参数可在宽范围内适应。MD320的卷径复位信号应该为点动信号，单独控制胶辊的运行。
(2) 汇川张力专用型MD330变频器
汇川MD330变频器是一种可以实现收卷或放卷过程的恒张力控制的变频器。可以通过变频器内部的计算，获得材料的实际卷径，通过控制变频器的输出转矩来获得恒张力控制。汇川变频器可以通过设置系统惯量补偿、摩擦补偿及材料惯量补偿来补偿由于系统惯量、磨擦阻力及材料惯量引起的起动或加速过程中速度不均匀的情况，获得非常平稳的张力控制效果。方案简单，调试方便。
MD330还可以通过设置张力锥度系数，使得收卷张力随卷径的增大而减小，实现内紧外松的最佳收卷效果。
MD330最常用的是张力开环控制，无需张力检测机构，系统结构简单。变频器工作在转矩模式下，所以首先变频器应该工作在闭环矢量模式下。需要加装旋转编码器，而且编码器的安装最好是安装在电机轴上。如果需要控制的张力较小，则编码器的脉冲数不要低于1000，若需控制张力较大，用600线以上的编码器则可。
另外在现场安装时，一定要注意机身要良好的接地。特别是一些干燥少雨的地区，对接地端要进行特殊处理。否则，变频器工作时机器表面积聚的静电可能会引起火灾。
4 结束语
汇川变频器已经成功应用于复合机的实际生产中，已有许多厂家采用汇川变频器取代原有的同步控制板及力矩电机来提高复合机的档次。
参考文献
[1] 汇川变频器MD320用户手册. 深圳市汇川技术有限公司, 2004
[2] 汇川变频器MD330用户手册. 深圳市汇川技术有限公司, 2004 字串1
作者简介
张卫江(1968-) 男 电气工程师 现任职于深圳市汇川技术有限公司，负责汇川高性能变频器的市场推广。
信息来源：《机电专业技术网》
复合机是包装印刷行业中重要设备，所谓复合是指通过某种工艺方法，将两种或两种以上的材料层合在一起，形成新的一体材料，经过复合后的材料一方面保持原有材料的优点，另一方面还能弥补彼此的缺点。常见的复合方法主要有干式复合法、湿式复合法、热熔复合法、挤出复合法和无溶剂复合法。
干式复合法是复合工艺常见方法之一，它是在复合基材上均匀涂布一层溶剂型粘合剂，经过烘箱除去粘合剂后干燥，在热压状态下与其他复合基材层复合后形成复合材料。常用材料是塑料薄膜、纸张及铝箔等。因此，复合工艺是目前印刷包装行业非常重要的一道工序。干式复合机的原理如图1所示，在本系统中，薄膜或纸张的卷筒通过第一放卷机构的放卷架，进入上胶牵引辊，然后在复合控制箱中进行加热处理，再与另外一层材料(由第二放卷机构控制)进行复合，最后由收卷机构进行收卷。
(1) 复合机的控制要求
复合机的组成部分包括第一放卷机构、第二放卷机构、上胶电机(从动)、复合电机(主动)及收卷机构，其工艺要求主要是：
• 速度平稳。一般能在10～150m/min的控制范围内平稳起停。
• 张力均衡。通过控制第一放卷段张力、第二放卷段张力、烘箱段张力及收卷段张力，保证最终收卷张力在50～250N之间，以保证适应不同的复合基材。
• 幅宽可调。在最小幅宽～最大幅宽之间根据复合材料的不同可自由调节。
(2) 控制系统现状
行业中目前常用的方案:收卷张力通过磁粉离合器或力矩电机来控制，第一、第二放卷张力通过磁粉制动器来控制。烘箱段张力的控制主要是通过浮辊电位器来检测速度的偏差，通过电位器手动或通过同步控制板来自动调节复合电机与上胶电机速度的同步来保持恒张力。
(3) 目前存在的问题
这些问题包括以下几点：
• 在很多经济型复合机中还是采用滑差电机作为上胶电机和复合电机的首选，导致耗能大、维护繁琐、转速不稳。
• 磁粉离合器因为在小卷及大卷时过大的滑差，以及在收大卷时需要输出大转矩即需要更大的电流，从而造成的磁粉发热因而容易损坏。
• 力矩电机在控制收卷时由于在小卷及大卷时需要保持一定的张力锥度，所以经常人为调节力矩大小，来保证内紧外松的收卷效果。不同的操作人员生产出来的产品差别较大。而且力矩电机调速范围较小。
• 用同步控制板来调节烘箱段张力调试较麻烦，一般在加减速过程中浮辊不稳定，而且由于非专业制造此同步板是复合机的一个故障点。如果用电位器来手动调节同步，操作比较麻烦，而且人为因素影响较大，有时造成同步失灵现象的发生。
(4) 复合机变频控制的关键
在如何降低复合机控制系统的成本和提高控制系统的稳定性问题上，相信很多人都会想到交流变频器，的确交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电以及在国民经济领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的调速方式。但现在关键的地方有两处：
• 中心卷取
卷取是一种常见的控制系统，广泛应用于造纸、印刷、染织等生产过程中的后续工作，以制成半成品或成品卷筒物，但是长期以来卷取(尤其是中心卷取)的控制系统只能在直流传动、磁粉控制、力矩电机三者中进行选择，变频控制由于算法复杂而一直受到冷遇。现在汇川变频器提供了专用的张力控制变频器可以很好地解决收卷和放卷问题。
• 同步跟随
需要能够根据同步反馈信号来及时调整速度的快慢，在加减速时能快速达成同步效果，因此变频器必须具有反馈控制功能和快速响应能力。
2 汇川变频器在干式复合机上应用方案一
从成本的角度考虑，一些复合机用户只用变频器来取代原来驱动上胶电机及复合电机的滑差电机控制部分，这样一来，复合机的速度控制更加节能、平稳，同时比起原先的控制系统还能省去同步板的成本及麻烦，而放卷及收卷机构仍然沿用原有的磁粉或力矩电机。
此方案的结构示意图如图2所示。
（1) 系统配置说明
此系统是常用的简单实现主从机速度同步的方案。代替了两台普通变频器+同步板的方案。第一放卷及第二放卷是通过磁粉制动器来实现，张力收卷用磁粉离合器或力矩电机来实现。
（2) 系统优势
系统结构简单，只需两台变频器就可实现速度同步控制，有效减少了系统故障点;调试方便，有宽范围的参数设置，对浮辊的平衡位置控制可通过变频器参数来控制;速度控制是通过内置PID来实现，处理速度快，浮辊稳定性好，特别是加减速过程中浮辊稳定，有效遏制材料跑偏现象;因矢量变频器低频力大的缘故，0.5Hz以上可以平稳运行;相对于原来的系统，成本降低。
（3) 系统缺陷
收放卷系统因为依旧采用磁粉及力矩电机，此器件本身带给系统的缺陷依然存在。
3 汇川变频器在干式复合机上应用方案二
第二种方案是用在第一种方案的基础上，用汇川的张力专用型变频器MD330取代了收卷的磁粉离合器或力矩电机，用MD300取代了第一放卷的磁粉制动器。
第二种方案的结构示意图如图3所示。
(1) 基本方案介绍
收卷及放卷均用汇川张力控制变频器来控制。收放卷变频器均需工作在转矩模式，可实现恒张力控制。放卷驱动用汇川简易型变频器来控制，收卷同步驱动用汇川通用型变频器来控制。放卷驱动可用汇川简易型变频器MD300，主机速度常用电位器或加减速按钮控制，推荐使用加减速按钮来控制速度，可以使加减速过程更稳定。变频器工作在开环矢量方式下。MD300的输出端子AO1设定为运行频率，作为收卷部分变频器的主速度给定。
烘箱张力控制部分用汇川通用型变频器MD320来控制上胶电机。主速度给定来自复合变频器模拟输出端口。另外摆杆电位器模拟量输入通过AI2通道作为PID的反馈量。MD320的频率源为主辅频率AI1和辅助频率源(PID)叠加的方式。通过调整PID的参数，可以获得非常稳定的效果。调试简便，参数可在宽范围内适应。MD320的卷径复位信号应该为点动信号，单独控制胶辊的运行。
(2) 汇川张力专用型MD330变频器
汇川MD330变频器是一种可以实现收卷或放卷过程的恒张力控制的变频器。可以通过变频器内部的计算，获得材料的实际卷径，通过控制变频器的输出转矩来获得恒张力控制。汇川变频器可以通过设置系统惯量补偿、摩擦补偿及材料惯量补偿来补偿由于系统惯量、磨擦阻力及材料惯量引起的起动或加速过程中速度不均匀的情况，获得非常平稳的张力控制效果。方案简单，调试方便。
MD330还可以通过设置张力锥度系数，使得收卷张力随卷径的增大而减小，实现内紧外松的最佳收卷效果。
MD330最常用的是张力开环控制，无需张力检测机构，系统结构简单。变频器工作在转矩模式下，所以首先变频器应该工作在闭环矢量模式下。需要加装旋转编码器，而且编码器的安装最好是安装在电机轴上。如果需要控制的张力较小，则编码器的脉冲数不要低于1000，若需控制张力较大，用600线以上的编码器则可。
另外在现场安装时，一定要注意机身要良好的接地。特别是一些干燥少雨的地区，对接地端要进行特殊处理。否则，变频器工作时机器表面积聚的静电可能会引起火灾。
4 结束语
汇川变频器已经成功应用于复合机的实际生产中，已有许多厂家采用汇川变频器取代原有的同步控制板及力矩电机来提高复合机的档次。
参考文献
[1] 汇川变频器MD320用户手册. 深圳市汇川技术有限公司, 2004
[2] 汇川变频器MD330用户手册. 深圳市汇川技术有限公司, 2004 字串1
作者简介
张卫江(1968-) 男 电气工程师 现任职于深圳市汇川技术有限公司，负责汇川高性能变频器的市场推广。
信息来源：《机电专业技术网》
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