1 引言
復(fù)合機(jī)是包裝印刷行業(yè)中重要設(shè)備，所謂復(fù)合是指通過某種工藝方法，將兩種或兩種以上的材料層合在一起，形成新的一體材料，經(jīng)過復(fù)合后的材料一方面保持原有材料的優(yōu)點(diǎn)，另一方面還能彌補(bǔ)彼此的缺點(diǎn)。常見的復(fù)合方法主要有干式復(fù)合法、濕式復(fù)合法、熱熔復(fù)合法、擠出復(fù)合法和無溶劑復(fù)合法。
干式復(fù)合法是復(fù)合工藝常見方法之一，它是在復(fù)合基材上均勻涂布一層溶劑型粘合劑，經(jīng)過烘箱除去粘合劑后干燥，在熱壓狀態(tài)下與其他復(fù)合基材層復(fù)合后形成復(fù)合材料。常用材料是塑料薄膜、紙張及鋁箔等。因此，復(fù)合工藝是目前印刷包裝行業(yè)非常重要的一道工序。干式復(fù)合機(jī)的原理如圖1所示，在本系統(tǒng)中，薄膜或紙張的卷筒通過第一放卷機(jī)構(gòu)的放卷架，進(jìn)入上膠牽引輥，然后在復(fù)合控制箱中進(jìn)行加熱處理，再與另外一層材料(由第二放卷機(jī)構(gòu)控制)進(jìn)行復(fù)合，最后由收卷機(jī)構(gòu)進(jìn)行收卷。
(1) 復(fù)合機(jī)的控制要求
復(fù)合機(jī)的組成部分包括第一放卷機(jī)構(gòu)、第二放卷機(jī)構(gòu)、上膠電機(jī)(從動)、復(fù)合電機(jī)(主動)及收卷機(jī)構(gòu)，其工藝要求主要是：
• 速度平穩(wěn)。一般能在10～150m/min的控制范圍內(nèi)平穩(wěn)起停。
• 張力均衡。通過控制第一放卷段張力、第二放卷段張力、烘箱段張力及收卷段張力，保證最終收卷張力在50～250N之間，以保證適應(yīng)不同的復(fù)合基材。
• 幅寬可調(diào)。在最小幅寬～最大幅寬之間根據(jù)復(fù)合材料的不同可自由調(diào)節(jié)。
(2) 控制系統(tǒng)現(xiàn)狀
行業(yè)中目前常用的方案:收卷張力通過磁粉離合器或力矩電機(jī)來控制，第一、第二放卷張力通過磁粉制動器來控制。烘箱段張力的控制主要是通過浮輥電位器來檢測速度的偏差，通過電位器手動或通過同步控制板來自動調(diào)節(jié)復(fù)合電機(jī)與上膠電機(jī)速度的同步來保持恒張力。
(3) 目前存在的問題
這些問題包括以下幾點(diǎn)：
• 在很多經(jīng)濟(jì)型復(fù)合機(jī)中還是采用滑差電機(jī)作為上膠電機(jī)和復(fù)合電機(jī)的首選，導(dǎo)致耗能大、維護(hù)繁瑣、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)。
• 磁粉離合器因?yàn)樵谛【砑按缶頃r過大的滑差，以及在收大卷時需要輸出大轉(zhuǎn)矩即需要更大的電流，從而造成的磁粉發(fā)熱因而容易損壞。
• 力矩電機(jī)在控制收卷時由于在小卷及大卷時需要保持一定的張力錐度，所以經(jīng)常人為調(diào)節(jié)力矩大小，來保證內(nèi)緊外松的收卷效果。不同的操作人員生產(chǎn)出來的產(chǎn)品差別較大。而且力矩電機(jī)調(diào)速范圍較小。
• 用同步控制板來調(diào)節(jié)烘箱段張力調(diào)試較麻煩，一般在加減速過程中浮輥不穩(wěn)定，而且由于非專業(yè)制造此同步板是復(fù)合機(jī)的一個故障點(diǎn)。如果用電位器來手動調(diào)節(jié)同步，操作比較麻煩，而且人為因素影響較大，有時造成同步失靈現(xiàn)象的發(fā)生。
(4) 復(fù)合機(jī)變頻控制的關(guān)鍵
在如何降低復(fù)合機(jī)控制系統(tǒng)的成本和提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題上，相信很多人都會想到交流變頻器，的確交流變頻調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電以及在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的廣泛適用性，而被公認(rèn)為是一種最有前途的調(diào)速方式。但現(xiàn)在關(guān)鍵的地方有兩處：
• 中心卷取
卷取是一種常見的控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于造紙、印刷、染織等生產(chǎn)過程中的后續(xù)工作，以制成半成品或成品卷筒物，但是長期以來卷取(尤其是中心卷取)的控制系統(tǒng)只能在直流傳動、磁粉控制、力矩電機(jī)三者中進(jìn)行選擇，變頻控制由于算法復(fù)雜而一直受到冷遇?，F(xiàn)在匯川變頻器提供了專用的張力控制變頻器可以很好地解決收卷和放卷問題。
• 同步跟隨
需要能夠根據(jù)同步反饋信號來及時調(diào)整速度的快慢，在加減速時能快速達(dá)成同步效果，因此變頻器必須具有反饋控制功能和快速響應(yīng)能力。
2 匯川變頻器在干式復(fù)合機(jī)上應(yīng)用方案一
從成本的角度考慮，一些復(fù)合機(jī)用戶只用變頻器來取代原來驅(qū)動上膠電機(jī)及復(fù)合電機(jī)的滑差電機(jī)控制部分，這樣一來，復(fù)合機(jī)的速度控制更加節(jié)能、平穩(wěn)，同時比起原先的控制系統(tǒng)還能省去同步板的成本及麻煩，而放卷及收卷機(jī)構(gòu)仍然沿用原有的磁粉或力矩電機(jī)。
此方案的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
（1) 系統(tǒng)配置說明
此系統(tǒng)是常用的簡單實(shí)現(xiàn)主從機(jī)速度同步的方案。代替了兩臺普通變頻器+同步板的方案。第一放卷及第二放卷是通過磁粉制動器來實(shí)現(xiàn)，張力收卷用磁粉離合器或力矩電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
（2) 系統(tǒng)優(yōu)勢
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，只需兩臺變頻器就可實(shí)現(xiàn)速度同步控制，有效減少了系統(tǒng)故障點(diǎn);調(diào)試方便，有寬范圍的參數(shù)設(shè)置，對浮輥的平衡位置控制可通過變頻器參數(shù)來控制;速度控制是通過內(nèi)置PID來實(shí)現(xiàn)，處理速度快，浮輥穩(wěn)定性好，特別是加減速過程中浮輥穩(wěn)定，有效遏制材料跑偏現(xiàn)象;因矢量變頻器低頻力大的緣故，0.5Hz以上可以平穩(wěn)運(yùn)行;相對于原來的系統(tǒng)，成本降低。
（3) 系統(tǒng)缺陷
收放卷系統(tǒng)因?yàn)橐琅f采用磁粉及力矩電機(jī)，此器件本身帶給系統(tǒng)的缺陷依然存在。
3 匯川變頻器在干式復(fù)合機(jī)上應(yīng)用方案二
第二種方案是用在第一種方案的基礎(chǔ)上，用匯川的張力專用型變頻器MD330取代了收卷的磁粉離合器或力矩電機(jī)，用MD300取代了第一放卷的磁粉制動器。
第二種方案的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。
(1) 基本方案介紹
收卷及放卷均用匯川張力控制變頻器來控制。收放卷變頻器均需工作在轉(zhuǎn)矩模式，可實(shí)現(xiàn)恒張力控制。放卷驅(qū)動用匯川簡易型變頻器來控制，收卷同步驅(qū)動用匯川通用型變頻器來控制。放卷驅(qū)動可用匯川簡易型變頻器MD300，主機(jī)速度常用電位器或加減速按鈕控制，推薦使用加減速按鈕來控制速度，可以使加減速過程更穩(wěn)定。變頻器工作在開環(huán)矢量方式下。MD300的輸出端子AO1設(shè)定為運(yùn)行頻率，作為收卷部分變頻器的主速度給定。
烘箱張力控制部分用匯川通用型變頻器MD320來控制上膠電機(jī)。主速度給定來自復(fù)合變頻器模擬輸出端口。另外擺桿電位器模擬量輸入通過AI2通道作為PID的反饋量。MD320的頻率源為主輔頻率AI1和輔助頻率源(PID)疊加的方式。通過調(diào)整PID的參數(shù)，可以獲得非常穩(wěn)定的效果。調(diào)試簡便，參數(shù)可在寬范圍內(nèi)適應(yīng)。MD320的卷徑復(fù)位信號應(yīng)該為點(diǎn)動信號，單獨(dú)控制膠輥的運(yùn)行。
(2) 匯川張力專用型MD330變頻器
匯川MD330變頻器是一種可以實(shí)現(xiàn)收卷或放卷過程的恒張力控制的變頻器?？梢酝ㄟ^變頻器內(nèi)部的計(jì)算，獲得材料的實(shí)際卷徑，通過控制變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩來獲得恒張力控制。匯川變頻器可以通過設(shè)置系統(tǒng)慣量補(bǔ)償、摩擦補(bǔ)償及材料慣量補(bǔ)償來補(bǔ)償由于系統(tǒng)慣量、磨擦阻力及材料慣量引起的起動或加速過程中速度不均勻的情況，獲得非常平穩(wěn)的張力控制效果。方案簡單，調(diào)試方便。
MD330還可以通過設(shè)置張力錐度系數(shù)，使得收卷張力隨卷徑的增大而減小，實(shí)現(xiàn)內(nèi)緊外松的最佳收卷效果。
MD330最常用的是張力開環(huán)控制，無需張力檢測機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。變頻器工作在轉(zhuǎn)矩模式下，所以首先變頻器應(yīng)該工作在閉環(huán)矢量模式下。需要加裝旋轉(zhuǎn)編碼器，而且編碼器的安裝最好是安裝在電機(jī)軸上。如果需要控制的張力較小，則編碼器的脈沖數(shù)不要低于1000，若需控制張力較大，用600線以上的編碼器則可。
另外在現(xiàn)場安裝時，一定要注意機(jī)身要良好的接地。特別是一些干燥少雨的地區(qū)，對接地端要進(jìn)行特殊處理。否則，變頻器工作時機(jī)器表面積聚的靜電可能會引起火災(zāi)。
4 結(jié)束語
匯川變頻器已經(jīng)成功應(yīng)用于復(fù)合機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)中，已有許多廠家采用匯川變頻器取代原有的同步控制板及力矩電機(jī)來提高復(fù)合機(jī)的檔次。
參考文獻(xiàn)
[1] 匯川變頻器MD320用戶手冊. 深圳市匯川技術(shù)有限公司, 2004
[2] 匯川變頻器MD330用戶手冊. 深圳市匯川技術(shù)有限公司, 2004 字串1
作者簡介
張衛(wèi)江(1968-) 男 電氣工程師 現(xiàn)任職于深圳市匯川技術(shù)有限公司，負(fù)責(zé)匯川高性能變頻器的市場推廣。
信息來源：《機(jī)電專業(yè)技術(shù)網(wǎng)》
