王飞，张娟

(杭州朝阳橡胶有限公司，浙江 杭州 310018)

基于变频器驱动的步进式挂胶系统研发

Research of Stepping coat with rubber system based on frequency converter drive

王飞，张娟

(杭州朝阳橡胶有限公司，浙江 杭州 310018)

密炼线上的胶片冷却装置采取全线变频调速实现连续生产，但在生产中经常出现提升速度与挂胶速度不同步现象，此时挂胶口由于挂胶杆张角小而容易导致卡胶事故。经研究后，当挂链电机在变频器驱动下，运动过程做成步进式运行。即在挂胶时挂链停止运行，胶片计长同步进行，当长度到达设定值时，启动挂链向前移动一挂胶杆后停止。此时继续执行胶片计长，到达设定值时，挂链再次向前移动一杆，如此反复循环，可有效解决卡胶现象。

挂胶装置；步进式；变频器；计数

1 挂胶系统现状

作为橡胶制品前工序密炼生产线上的重要组成部分——胶片冷却装置，其作用是将密炼机炼好的胶料，经双螺杆挤出压片机或开炼机压成胶片，然后进入冷却装置进行浸泡隔离、冷却干燥，接着进行切割叠片存放，以供下道工序使用[1～2]。因此胶片冷却装置运行的好坏直接影响着整条密炼生产线的效率。经作者多年的现场工作经验发现，胶片冷却装置最容易发生的故障是胶片在输送过程中发生卡胶。一旦出现卡胶，轻者电机过载报警，重者辊筒轴承拉断、电机烧毁。然而对于胶片冷却装置中重要一环——挂胶装置，其与前提升模块带结合处发生卡胶现象占比较大。由于此处是观察盲点，一旦出现卡胶，如果处理不及时，往往导致挂链拉断，挂胶杆大量变形，故障处理时间长。本文就结合现有的设备配置基础上设计一种新的挂链电机运动系统，当挂胶时挂链由向前连续移动状态改成步进式向前移动，即每动一次只向前移动一根挂胶杆。此法可有效解决挂胶口卡胶现场。

2 目前挂胶链的控制方式

为了在竞争日益激烈的轮胎行业中占有主导地位，作者所在的公司近几年大力开展以生产设备为主体的转型升级工作。随着生产规模的不断扩大以及自动化水平要求的提高，针对XPG-900型悬挂式胶片冷却装置进行了一系列提升改造[3]。特别是电气系统的升级，系统由PLC控制，每一台电机（除风机电机和水泵电机外）均由一只变频器控制速度，这样全线可以单动以及联动调速，能更好的与压片机联机控制，能快速地匹配多段出胶速度。通过调节电位器改变变频器的速度信号，使提升装置和挂胶装置处于合适的工作节拍下，在此基础上调节挂链运行速度即可调整挂胶长度，大致结构如图1。

图1 前提升与挂胶装置

此方法对电位器的精度要求很高，同时胶片需很规则。但实际生产过程中往往避免不了不规则的胶片出现，而且电位器在使用一段时间后分辨率就会下降，这样就导致需经常调整挂链的速度。一旦调节不好，提升挂胶口就容易造成堵胶。

3 机械部分改造

3.1 挂胶杆、拉链等更换

由于设备本身的条件所限制，胶片在挂上挂胶杆的过程中拉链一直在前进，假如挂链的节距过小，也会造成卡胶。作者需试验的机台节距只有50.8 mm，在挂胶时两根挂胶杆最大的张开距离只有232 mm，此结构经常导致卡胶。为了实现在挂胶过程中两挂杆间的张角达到最大化，对原挂链、链轮及挂胶杆进行更换。新挂链的节距达到了150 mm，那么挂杆的最大张开距离可以达到317 mm，确保胶片能顺利进入到挂胶杆上。

3.2 减速电机的选择

本方案中提到，挂胶链在挂片的时候是停止的，当胶片挂好后再运行，行程相当于一根挂胶杆的距离。那么电动机的启动到停止时间在2秒内，原电动机及减速机已不适用，需要选择启动扭矩更大的电机及减速机。原电机及减速机使用参数，如表1所示。

表1 原挂链电机运行参数

通过上述参数，可粗略计算出原额定扭矩，根据如下公式（1）计算：

式中：

T ——减速机扭矩， N·m；

P ——电动机功率， kW；

n1——电动机功率输入转速， r/min；

i——减速机速比；

u——减速机使用系数。

当减速机使用系数u≈1时，原减速机最大输出扭矩约为8 605 N·m。但实际工作中电动机未处于额定输出状态，扭矩约为4 775 N·m。查阅相关技术手册，同时考虑经济效率，选定功率5.5 kW，转速1 445 r/ min的变频电动机。减速机配置速比为 174.40，那么输出扭矩为6 410 N·m，完全符合原工作扭矩要求。

4 电气系统配置

挂链电机步进式运动系统主要由电机驱动系统、胶片计长计数装置、挂胶杆位置检测装置三部分组成。

4.1 电动机驱动系统

该方案中挂链向前运动一个动作周期行程短，对电动机的控制要求严格，启动电流不能过大，启动扭矩又不能太小，方案采用三菱变频器驱动电动机，具体型号为FR-E740-5.5K。由于挂胶链在动作过程中不涉及调速，所以利用变频器自带的三段速度功能即可。又由于电动机启动到停止过程时间极短，为了使电动机能瞬间停止，在电机配置抱闸系统的同时，还要在停车时使能变频器上的停止输出功能。上述变频器控制信号，只需通过中间继电器，配以相应逻辑程序即可实现。

图2 胶片计长计数装置

4.2 胶片计长计数装置

为了使胶片在挂胶杆上得到充分冷却与干燥，对胶片的长度有一定要求。胶片过短时容易造成隔离剂液在胶片上残留过多，影响质量。过长时容易触地，不仅污染胶料，而且增加挂链电机负荷。原控制方法是调整挂胶杆运行速度即可调节挂胶长度，但在实际运用中胶片长度未达到最佳效果，胶片冷却效果不佳。参考相关先进技术[5～6]，本方案提出在挂胶入口处增设一套挂胶计长计数装置。如图2所示。同时在前提升模块带上增加一只探胶辊，用于检测胶料到位信号。当胶片通过探胶辊后，开始采集装在前提升主动辊上“脉冲发生器”发出的脉冲信号，当胶片进入挂胶口后开始计长。可做到前3根挂杆上为短胶，以方便操作工或机械手抓胶，后续为正常设定长度。当胶片长度到达设定值后驱动挂胶链电机。胶片长度可以通过触摸屏在极限范围内随意设置。

胶片计长原理：当装在前提升主动辊上的码盘转动时，接近开关就感应出类似脉冲信号发送给PLC。PLC接收信号经过计算，发出挂链电机启动信号。例如感应码盘半径为100 mm，转一圈长度628 mm,一周内接近开关感应5次，那么间隔感应长度为125.5 mm。假如设定挂胶长度1 200 mm,那么脉冲信号个数为1 200 mm/126 mm≈10个。又由于挂胶杆为前后两侧均有胶片，故脉冲信号个数为计算值的2倍，最终值20个。当PLC接收到接近开关发送20个脉冲数时，胶片计长结束，挂胶链动作。

4.3 挂胶杆位置检测装置

当挂链启动后，为了保证行程刚好是一个挂胶杆，需要在挂链末端驱动链轮上增设挂胶杆位置检测装置，具体由长短齿码盘以及两只接近开关组成，如图3。工作原理为在挂链前进过程中，减速位接近开关感应码盘短齿时，变频器切换到低速档。当停止位接近开关感应码盘长齿时，变频器停止输出，挂链电机抱闸锁死，此时应当正好行走一个挂胶杆，同时挂胶口两挂胶杆之间的张角也处于最大状态。电机从启动到停止所需时间不超过2 s，经过变频器优化控制后，电机最高电流不超过8 A。

5 结束语

通过对胶片冷却装置中挂胶系统的改造，取消了原挂链在挂胶过程中一直处于向前移动的控制方法，改成步进式前进运动方式。这样在挂胶时始终能保证挂杆张角最大，使胶片顺利进入挂胶杆上，同时减少了挂链调速的麻烦。此方案运用后有效解决了挂胶口卡胶现象，使用后数据显示卡胶故障下降80%。

图3 挂胶杆位置检测装置

[1] 陈洪生. 新型XPG-900胶片冷却及的设计[J].橡塑技术与装备，2004,30(12)：38～41.

[2] 曹涌 .自动化生产线中速度的同步控制原理及[J].制造业自动化，2004,(3):44～47.

[3] 周政.PLC在胶片冷却机控制系统中的应用[J].制造业自动化，2003,(4)：48～49.

[4] 齐福江.机械工程手册[M].机械工业出版社.1997.

[5] 朱甦.胶片冷却机控制系统的研究与实现[D].苏州大学,2007.

[6] 孙燕燕.胶片冷却机挂胶装置PID控制系统的研究[D].中国海洋大学,2007.

中石化开发出气液法流化床生产聚乙烯成套技术

2015年12月，中石化工程建设有限公司与天津石化、浙江大学、燕山石化、上海化工研究院联合攻关的中国石化“十条龙”科技攻关项目——“气液法流化床聚乙烯工艺成套技术开发”通过鉴定。该项目采用中国石化自主研发的新型钛系高活性聚乙烯催化剂和双活性中心钛钒复合催化剂，开发了多温区流化床反应器、旋流型气液分离器和冷凝液注入喷嘴等专有设备，形成具有完全自主知识产权的气液法流化床聚乙烯工艺成套技术。该成套技术不仅可应用于现有众多气相法聚乙烯装置的技术改造和提升，而且具有流程合理、工艺先进等优点，采用单一流化床聚合反应器就能生产多种聚乙烯新产品，在POF膜、拉伸套罩膜、拉伸缠绕膜等领域填补了国内空白。

燕丰供稿

TQ330.493

1009-797X(2016)03-0048-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.03.011

王飞（1986-），男，助理工程师，主要从事密炼生产设备电气维护及改造工作。

2015-06-10