HD92高压变频器在橡胶挤出机的应用

汇川技术一台HD92高压变频器成功应用于浙江某现场宽幅胶片挤出压延生产线上。作为国内首家应用在挤出机生产线上的高压变频设备厂家，汇川高压变频创新性地解决了挤出机启动转矩大，稳速精度高等难题。与此同时，汇川HD92独特的开闭环控制无扰切换功能更是在实际应用中大放光彩。从现场运行情况来看，汇川HD92高压变频器运行可靠，节电明显，调速性能媲美直流电机，不仅为用户提高了生产效率，而且节约了生产成本，省心省事，客户交口称赞。

一、设备工况

橡胶挤出机，是橡胶工业的一种基本设备，是影响产品质量的关键设备之一，在轮胎和橡胶制品的生产过程中起着非常重要的作用。国外橡胶挤出机的发展经历了柱塞式挤出机、螺杆型热喂料挤出机、普通冷喂料挤出机、主副螺纹冷喂料挤出机、冷喂料排气挤出机、销钉冷喂料挤出机、复合挤出机等阶段。

我国橡胶挤出机的年产量近800台，生产厂家有50家左右。国内虽然有众多橡胶螺杆挤出机制造企业。 但具备开发设计能力并在行业中颇有影响者仅有 4~5家。随着冷喂料挤出机的出现和广泛应用，热喂料挤出机的应用范围正逐步缩小。橡胶挤出机由热喂料向冷喂料发展，冷喂料销钉式挤出机已成为发展主流。销钉式挤出机已较多地在我国橡胶工业中应用，现代挤出机作为橡胶行业的重要设备将朝着多螺杆、多流道、多复合发展。

此宽幅胶片挤出压延生产线项目为新建项目，一般地，挤出机常规方案都是采用低压直流电机，考虑到工厂低压用电负荷过大，噪声过大，电机发热严重及当地政策原因。在我司的建议下，客户最终决定使用汇川提供的一整套高压变频调速系统。

图1 挤出机现场图

系统相关参数：

根据电机额定功率，综合考虑现场工艺等多方面因素，汇川选用型号为HD92-J100/630-DB的高压变频器，经实践验证，完全满足现场使用要求。

二、挤出机工艺介绍

此次现场挤出机为销钉式冷喂料挤出机。销钉技术的研究开始于上世纪90年代初。 通过将销钉从机筒圆周方向径向插入螺杆螺纹槽中，将流动的胶料进行剪切和搅拌。当胶料变成熔体以后，胶体以低剪切速率在螺杆螺纹中流动， 逐渐形成连续的粘流体， 这样便打破了胶体分子间化学键，破坏了胶料在挤出过程中的层流和结块现象， 达到了胶料塑化好、胶温低和节能的效果，简化了生产工艺。

销钉式挤出机工艺相对于传统工艺，切好后的生胶无须加热，直接加入到挤出机里，在挤出机出口端加设双辊筒机头，塑炼好的胶料直接压成胶片，然后进行冷却堆放。其控制框图如下：

销钉式冷喂料挤出机在螺杆结构上较为特殊，在机筒上增加了销钉，主电机启动时间段阻力矩较大，这对高压变频器的低频转矩要求较高。为了保证胶料的塑化性能与致密性，这要求变频器稳速精度要高同时连续工作的可靠性要有保证。综合以上挤出机的运行特点与现场工况，挤出机工艺对高压变频器的要求如下：

1）起动力矩要大。挤出机的工作特性决定了电机必须能够重载启动，变频器的低频输出转矩要好，并有较高的过载能力。

2）调速性能要好。挤出机转速要根据排胶速度，混炼时间等因素进行动态调速。这要求稳速精度要高，变频调速方便，调速范围大，能满足各种工况下的调速要求。

3）特性曲线要硬。要保证负载变化时（如胶料杂质变多，老化严重），挤出机转速基本上不受影响，防止负载大小不同时速降过大，导致可塑度不均，排胶不规则等胶片品质问题，影响客户生产效率。

4）工作方式转换容易。要能够方便的进行自动、半自动、手动等工作方式的转换，操作方便，控制灵活，不至于因工作方式的转换影响正常生产。

三、变频驱动方案

改造内容：取消原有直流调速系统，重新采购高压变频电机与我司高压变频器。其中变频器的控制与反馈信号通过硬线与现场操作总台连接，由操作台控制变频器的启停。操作台显示屏为三菱一体式触摸屏，控制核心为两台三菱可编程控制器，其中一台主控，负责挤出机的主程序，第二台为监控，负责信号打点、报警和后备保护。两台PLC有主有从，互有分工，相互监视实现了安全回路的双线制。高压变频器型号为我司HD92-J100/630-DB，控制方式采用磁链闭环矢量控制，同时具备开闭环自动切换功能，当电机编码器掉线，变频器可以自动切换到开环矢量控制，保证生产的连续性。

操作台PLC与变频器之间采用硬线连接方式，通过4~20mA模拟量信号调速，驱动电机在0~50Hz范围内运行。具体接口信息如下图所示：

变频器采用两线式控制模式，通过DI9、DI10两个端口分别控制变频器启动、停止，频率给定采用4~20mA模拟量信号，对应变频