李　晨(蘇州市匯川技術(shù)有限公司，江蘇 蘇州 215000)

匯川技術(shù)HD92高壓變頻器在橡膠擠出機(jī)的應(yīng)用

李晨
(蘇州市匯川技術(shù)有限公司，江蘇 蘇州 215000)

匯川技術(shù)一臺(tái)HD92高壓變頻器成功應(yīng)用于浙江某現(xiàn)場(chǎng)寬幅膠片擠出壓延生產(chǎn)線上。作為國(guó)內(nèi)首家應(yīng)用在擠出機(jī)生產(chǎn)線上的高壓變頻設(shè)備廠家，匯川高壓變頻創(chuàng)新性地解決了擠出機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，穩(wěn)速精度高等難題。與此同時(shí)，匯川HD92獨(dú)特的開(kāi)閉環(huán)控制無(wú)擾切換功能更是在實(shí)際應(yīng)用中大放光彩。從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來(lái)看，匯川HD92高壓變頻器運(yùn)行可靠，節(jié)電明顯，調(diào)速性能媲美直流電機(jī)，不僅為用戶提高了生產(chǎn)效率，而且節(jié)約了生產(chǎn)成本，省心省事，客戶交口稱贊。

高壓變頻器；擠出機(jī)；無(wú)擾切換；單元旁路

1　設(shè)備工況

我國(guó)橡膠擠出機(jī)的年產(chǎn)量近800臺(tái)，生產(chǎn)廠家有50家左右。國(guó)內(nèi)雖然有眾多橡膠螺桿擠出機(jī)制造企業(yè)。 但具備開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力并在行業(yè)中頗有影響者僅有4～5家。隨著冷喂料擠出機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，熱喂料擠出機(jī)的應(yīng)用范圍正逐步縮小。橡膠擠出機(jī)由熱喂料向冷喂料發(fā)展，冷喂料銷釘式擠出機(jī)已成為發(fā)展主流。銷釘式擠出機(jī)已較多的在我國(guó)橡膠工業(yè)中應(yīng)用，現(xiàn)代擠出機(jī)作為橡膠行業(yè)的重要設(shè)備將朝著多螺桿、多流道、多復(fù)合發(fā)展。

此寬幅膠片擠出壓延生產(chǎn)線項(xiàng)目為新建項(xiàng)目，一般情況擠出機(jī)常規(guī)方案都是采用低壓直流電機(jī)，考慮到工廠低壓用電負(fù)荷過(guò)大，噪聲過(guò)大，電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重及當(dāng)?shù)卣咴?。在我公司的建議下，客戶最終決定使用匯川提供的一整套高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。

系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1、表2。

根據(jù)電機(jī)額定功率，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)工藝等多方面因素，匯川選用型號(hào)為HD92-J100/630-DB的高壓變頻器，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

表1　擠出機(jī)參數(shù)

表2　電機(jī)參數(shù)

2　擠出機(jī)工藝介紹

此次現(xiàn)場(chǎng)擠出機(jī)為銷釘式冷喂料擠出機(jī)。銷釘技術(shù)的研究開(kāi)始于20世紀(jì)90年代初。 通過(guò)將銷釘從機(jī)筒圓周方向徑向插入螺桿螺紋槽中，將流動(dòng)的膠料進(jìn)行剪切和攪拌。當(dāng)膠料變成熔體以后，膠體以低剪切速率在螺桿螺紋中流動(dòng)， 逐漸形成連續(xù)的黏流體， 這樣便打破了膠體分子間化學(xué)鍵，破壞了膠料在擠出過(guò)程中的層流和結(jié)塊現(xiàn)象， 達(dá)到了膠料塑化好、膠溫低和節(jié)能的效果，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。

銷釘式擠出機(jī)工藝相對(duì)于傳統(tǒng)工藝，切好后的生膠無(wú)須加熱，直接加入到擠出機(jī)里，在擠出機(jī)出口端加設(shè)雙輥筒機(jī)頭，塑煉好的膠料直接壓成膠片，然后進(jìn)行冷卻堆放。其控制框圖如圖1。

圖1　控制框圖

銷釘式冷喂料擠出機(jī)在螺桿結(jié)構(gòu)上較為特殊，在機(jī)筒上增加了銷釘，主電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間段阻力矩較大，這對(duì)高壓變頻器的低頻轉(zhuǎn)矩要求較高。為了保證膠料的塑化性能與致密性，這要求變頻器穩(wěn)速精度要高同時(shí)連續(xù)工作的可靠性要有保證。綜合以上擠出機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)工況，擠出機(jī)工藝對(duì)高壓變頻器的要求如下：

（1）啟動(dòng)力矩要大。擠出機(jī)的工作特性決定了電機(jī)必須能夠重載啟動(dòng)，變頻器的低頻輸出轉(zhuǎn)矩要好，并有較高的過(guò)載能力。

（2）調(diào)速性能要好。擠出機(jī)轉(zhuǎn)速要根據(jù)排膠速度、混煉時(shí)間等因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)速。這要求穩(wěn)速精度要高，變頻調(diào)速方便，調(diào)速范圍大，能滿足各種工況下的調(diào)速要求。

（3）特性曲線要硬。要保證負(fù)載變化時(shí)（如膠料雜質(zhì)變多，老化嚴(yán)重），擠出機(jī)轉(zhuǎn)速基本上不受影響，防止負(fù)載大小不同時(shí)速降過(guò)大，導(dǎo)致可塑度不均，排膠不規(guī)則等膠片品質(zhì)問(wèn)題，影響客戶生產(chǎn)效率。

（4）工作方式轉(zhuǎn)換容易。要能夠方便的進(jìn)行自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)等工作方式的轉(zhuǎn)換，操作方便，控制靈活，不至于因工作方式的轉(zhuǎn)換影響正常生產(chǎn)。

3　變頻驅(qū)動(dòng)方案

改造內(nèi)容：取消原有直流調(diào)速系統(tǒng)，重新采購(gòu)高壓變頻電機(jī)與我公司高壓變頻器。其中變頻器的控制與反饋信號(hào)通過(guò)硬線與現(xiàn)場(chǎng)操作總臺(tái)連接，由操作臺(tái)控制變頻器的啟停。操作臺(tái)顯示屏為三菱一體式觸摸屏，控制核心為兩臺(tái)三菱可編程控制器，其中一臺(tái)主控，負(fù)責(zé)擠出機(jī)的主程序，第二臺(tái)為監(jiān)控，負(fù)責(zé)信號(hào)打點(diǎn)、報(bào)警和后備保護(hù)。兩臺(tái)PLC有主有從，互有分工，相互監(jiān)視實(shí)現(xiàn)了安全回路的雙線制。高壓變頻器型號(hào)為我公司HD92-J100/630-DB，控制方式采用磁鏈閉環(huán)矢量控制，同時(shí)具備開(kāi)閉環(huán)自動(dòng)切換功能，當(dāng)電機(jī)編碼器掉線，變頻器可以自動(dòng)切換到開(kāi)環(huán)矢量控制，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

操作臺(tái)PLC與變頻器之間采用硬線連接方式，通過(guò)4～20 mA模擬量信號(hào)調(diào)速，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在0～50 Hz范圍內(nèi)運(yùn)行。具體接口信息如圖2所示。

圖2　端口通信圖

變頻器采用兩線式控制模式，通過(guò)DI9、DI10兩個(gè)端口分別控制變頻器啟動(dòng)、停止，頻率給定采用4～20 mA模擬量信號(hào)，對(duì)應(yīng)變頻器輸出頻率0～50 Hz。

與高壓開(kāi)關(guān)柜聯(lián)鎖信號(hào)如表3。

表3　與高壓開(kāi)關(guān)柜聯(lián)鎖信號(hào)

（1）合閘允許：常開(kāi)接點(diǎn)，閉合有效，此信號(hào)串聯(lián)在供電高壓開(kāi)關(guān)柜的合閘回路中，當(dāng)變頻器自檢完成或系統(tǒng)處于工頻狀態(tài)時(shí)，信號(hào)閉合，允許用戶合高壓電；

它從來(lái)沒(méi)有像AOL或Gmail那樣擁有屬于自己的名稱和名聲，也未在商業(yè)上獲得過(guò)類似的成功，但作為一種免費(fèi)獲取的公共域工具，MH在過(guò)去積累了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的忠實(shí)用戶。它是早期使用阿帕網(wǎng)的研究人員發(fā)送電子郵件的首選，影響了整整一代網(wǎng)絡(luò)工程師。它的升級(jí)版現(xiàn)在被稱為新MH（NMH），最近的一次更新已經(jīng)在2018年完成。

（2）高壓跳閘：常閉接點(diǎn)，斷開(kāi)有效，此信號(hào)并聯(lián)在供電高壓開(kāi)關(guān)柜的分閘回路上，當(dāng)變頻器發(fā)生重大故障或急停信號(hào)有效時(shí)，分?jǐn)嘤脩舾邏弘姟?/p>

變頻器DO信號(hào)，如表4所示。

表4　變頻器DO信號(hào)

以上輸出信號(hào)全部為獨(dú)立無(wú)源干接點(diǎn)，默認(rèn)為常開(kāi)接點(diǎn)，閉合有效，容量大小為250 V AC 5 A。

變頻器DI信號(hào)，如表5所示。

表5　變頻器DI信號(hào)

以上輸入信號(hào)僅需客戶提供獨(dú)立無(wú)源干接點(diǎn)，脈沖信號(hào)，除急停外，其它信號(hào)均默認(rèn)為常開(kāi)接點(diǎn)，閉合有效。變頻器AI信號(hào)如表6所示。變頻器AO信號(hào)如表7所示。

表6　變頻器AI信號(hào)

表7　變頻器AO信號(hào)

4　匯川高壓變頻方案優(yōu)勢(shì)

4.1先進(jìn)的異步電機(jī)磁鏈閉環(huán)矢量控制算法

圖3　矢量控制算法框圖

這種矢量控制算法在保持較高動(dòng)態(tài)性能的基礎(chǔ)上，克服了轉(zhuǎn)子電阻、電感參數(shù)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)性能的影響。對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制精度高，加速時(shí)電流環(huán)響應(yīng)快，低頻運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)可達(dá)750 rad/s，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更高的節(jié)電效率。磁鏈閉環(huán)矢量控制算法解決了擠出機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，加速大電流，穩(wěn)速精度高等高要求，保證了產(chǎn)線可靠運(yùn)行。

4.2可靠的非對(duì)稱機(jī)械旁路技術(shù)

匯川HD92高壓變頻器功率單元采用兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸出采用機(jī)械旁路設(shè)計(jì)，整個(gè)功率單元由全橋整流、直流濾波、逆變?nèi)蟛糠纸M成，功率單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　功率單元拓?fù)鋱D

功率單元整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為交一直一交三相整流/單相逆變輸出結(jié)構(gòu)。整流側(cè)為二極管三相全橋整流，將輸入的三相交流整成直流，并通過(guò)電容器濾波。逆變側(cè)為IGBT模塊H橋單相逆變，通過(guò)對(duì)逆變橋進(jìn)行SPWM控制，得到正弦的單相交流輸出。其中每個(gè)單元均配備了機(jī)械旁路功能，同時(shí)采用非對(duì)稱旁路技術(shù)，可靠性與穩(wěn)定性大大提升。

如圖5所示，HD92系列高壓變頻器采用單元級(jí)聯(lián)方式，當(dāng)其中某個(gè)單元出現(xiàn)故障后，通過(guò)非對(duì)稱旁路技術(shù)可以使系統(tǒng)不停機(jī)運(yùn)行。HD92的非對(duì)稱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)旁路方案更高的電壓輸出幅值，電壓輸出能力相比傳統(tǒng)方式最高能提高20%，這使得整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大大提高。

圖5　非對(duì)稱旁路技術(shù)示意圖

4.3柔和快速的飛車啟動(dòng)功能

HD92系列高壓變頻器具備飛車啟動(dòng)功能，能夠在未知電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的狀況下啟動(dòng)變頻器，變頻器自動(dòng)進(jìn)行頻率搜索，直至搜索到與電機(jī)實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)頻率相符的頻率，此時(shí)變頻器輸出相應(yīng)頻率，并控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)至指定頻率，此技術(shù)能有效減少瞬間停電對(duì)擠出機(jī)生產(chǎn)的影響以及對(duì)電網(wǎng)的沖擊，避免了膠料因意外停機(jī)凝固在螺桿中的情況。

4.4智能貼心的開(kāi)閉環(huán)自動(dòng)切換技術(shù)

為提高系統(tǒng)的可靠性，HD92具備閉環(huán)控制與開(kāi)環(huán)控制的無(wú)擾切換，即在編碼器出現(xiàn)故障的情況下不停機(jī)。HD92變頻器將在0.05 s內(nèi)無(wú)擾的切換至開(kāi)環(huán)運(yùn)行，不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)。開(kāi)閉環(huán)無(wú)擾切換波形如圖6所示。

圖6　無(wú)擾切換電流波形圖

5　結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，中國(guó)橡膠工業(yè)發(fā)展較快，在橡膠工業(yè)快速發(fā)展的推動(dòng)下，橡膠技術(shù)與裝備也得到了長(zhǎng)足發(fā)展。橡膠擠出機(jī)作為橡膠生產(chǎn)中的主要加工設(shè)備，與其他橡膠加工設(shè)備相比，由于其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、用途不斷擴(kuò)展，顯示出了巨大的發(fā)展?jié)摿Α４舜螀R川技術(shù)HD92系列高壓變頻器成功應(yīng)用在擠出機(jī)設(shè)備主電機(jī)上，也是匯川技術(shù)在不斷開(kāi)拓新工藝點(diǎn)，推廣市場(chǎng)工藝型變頻設(shè)備征途的一個(gè)縮影。與此同時(shí)，作為國(guó)內(nèi)高壓變頻行業(yè)在擠出機(jī)應(yīng)用上第一個(gè)吃螃蟹的廠家，這次成功應(yīng)用也證明了匯川HD92產(chǎn)品的高性能與高可靠性。

匯川技術(shù)有限公司依托多年的自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)橡膠行業(yè)的變頻改造具有獨(dú)到的方案解決能力。匯川技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器為采用矢量控制技術(shù)的高性能變頻器，產(chǎn)品適用于冶金、電力、化工、市政等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

（XS-02）

普利特斥資逾4億收購(gòu)美國(guó)企業(yè)

2015年1月7日，普利特發(fā)布重大資產(chǎn)收購(gòu)方案，公司全資子公司翼鵬投資公司及公司實(shí)際控制人周文與交易對(duì)方威爾曼控股和自然人Robert Fotsch 簽署《股權(quán)購(gòu)買協(xié)議》。根據(jù)協(xié)議約定，翼鵬投資擬以支付現(xiàn)金的方式購(gòu)買WPR公司及其下屬的威爾曼塑料和DC Foam的全部股權(quán)。根據(jù)方案，本次交易支付的對(duì)價(jià)為7 045.10萬(wàn)美元（折合人民幣約4.33億元），交易完成后，公司將直接或通過(guò)美國(guó)子公司間接持有標(biāo)的公司的全部股權(quán)。據(jù)介紹，WPR成立于2009年，是一家領(lǐng)先的環(huán)保與可持續(xù)再生石油基材產(chǎn)品制造商，專注于通過(guò)回收利用再生資源，生產(chǎn)塑料產(chǎn)品，其中再生工程塑料樹(shù)脂業(yè)務(wù)主要針對(duì)汽車用改性塑料市場(chǎng)。WPR是目前全球領(lǐng)先的利用回收地毯作為原材料的尼龍工程樹(shù)脂生產(chǎn)商，其再生尼龍樹(shù)脂產(chǎn)品具有良好的物理性能及穩(wěn)定性，在北美汽車行業(yè)三大巨頭（Ford、Chrysler、GM）中占有領(lǐng)先的市場(chǎng)份額，形成了對(duì)原生料的替代。值得一提的是，WPR還具有北美較大的回收PET塑料瓶加工處理能力，是北美少數(shù)能夠生產(chǎn)食品級(jí)再生PET的公司之一。同時(shí)，該公司也是美國(guó)少數(shù)天然羊毛脂提供商之一，客戶包括默克（Merk）、強(qiáng)生（Johnson & Johnson）等制藥公司以及其他化妝品公司等。另外，WPR旗下?lián)碛型柭芰虾虳C Foam兩家公司，威爾曼塑料成立于2008年，主要從事工程塑料樹(shù)脂產(chǎn)品、PET產(chǎn)品以及羊毛脂產(chǎn)品的加工、銷售業(yè)務(wù)。DC Foam成立于1993 年，主要負(fù)責(zé)地毯回收業(yè)務(wù)。財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)顯示，標(biāo)的公司在2012年、2013年及2014年1～9月凈利潤(rùn)分別為560.64萬(wàn)美元、765.26萬(wàn)美元、612.66萬(wàn)美元。公司表示，公司與目標(biāo)公司的主要業(yè)務(wù)領(lǐng)域均屬車用改性塑料，在生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品應(yīng)用、市場(chǎng)分布、主要客戶等方面存在各自的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，本次交易有利發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，提升公司盈利能力。本次交易完成后，WPR將成為公司布局在北美市場(chǎng)的重要業(yè)務(wù)單元。

摘編自《上海證券報(bào)》

Application of inovance technology HD92 HVC for rubber extruder

Application of inovance technology HD92 HVC for rubber extruder

Li Chen
(Suzhou inovance technology co., LTD., Suzhou ，215000，Jiangsu)

A HD92 HVC which inovance technology company developed applied successfully in a site wide fi lm extrusion on the calender line in Zhejiang province. As the fi rst high voltage frequency conversion equipment manufacturer in domestic that applicated in extruder production line, inovance high voltage frequency conversion solved some diffi culties innovativly such as big start torque, steady speed precision hig. At the same time, inovance HD92 unique open-closed loop control barrier-free switch function shines out in the actual application. Field operation shown that inovance HD92 HVC perform reliably energy saving, high performance comparable to DC motor. Not only improve the production effi ciency, but also the cost，and won the praised from customers.

HVC; extruder; barrier-free switch; unit bypass

TQ330.493

1009-797X(2015)05-0034-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.05.007

李晨，中級(jí)工程師，自動(dòng)化專業(yè)學(xué)士，從事橡膠行業(yè)變頻改造方面的技術(shù)管理工作。

2014-10-17