軟啟動(dòng)器控制方式在開(kāi)煉機(jī)上的應(yīng)用

霍春原

（大連營(yíng)輝機(jī)械制造有限公司，遼寧 大連 116039）

軟啟動(dòng)器控制方式在開(kāi)煉機(jī)上的應(yīng)用

霍春原

（大連營(yíng)輝機(jī)械制造有限公司，遼寧 大連 116039）

塑料機(jī)械發(fā)展極其迅猛的時(shí)代，隨著輪胎行業(yè)的不斷需求，開(kāi)煉機(jī)作為塑料加工行業(yè)中歷史悠久、適用范圍廣泛的一種簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)備，在質(zhì)量、消耗、生產(chǎn)成本上有著更高、更多的要求；對(duì)于重要的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)的電機(jī)要求更是突飛猛進(jìn)，針對(duì)傳統(tǒng)的繞線電機(jī)控制、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制方式、星三角降壓?jiǎn)?dòng)控制方式等等不能很好的滿足開(kāi)煉機(jī)的要求，所以目前大量地應(yīng)用軟啟動(dòng)器控制方式在開(kāi)煉機(jī)上，通過(guò)介紹軟啟動(dòng)器的原理、具體電氣原理控制圖、對(duì)比幾種控制方式結(jié)果；確認(rèn)軟啟動(dòng)器在開(kāi)煉機(jī)上的應(yīng)用使得設(shè)備更加穩(wěn)定、精確、簡(jiǎn)單和大量地節(jié)約成本。

開(kāi)煉機(jī)；控制方式；軟啟動(dòng)器

近年來(lái)，我國(guó)塑料機(jī)械隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，幾年前就已經(jīng)成為名副其實(shí)的塑料消耗量和輪胎生產(chǎn)量的大國(guó)，但是我國(guó)加工的輪胎質(zhì)量較比國(guó)外還是有很大的差距，塑料機(jī)械制品的質(zhì)量、產(chǎn)量、穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率、能耗問(wèn)題以及自動(dòng)化水平都是我們要解決的主要問(wèn)題，塑料機(jī)械的種類主要有開(kāi)煉機(jī)、密煉機(jī)、壓延機(jī)、擠出機(jī)、硫化機(jī)、造粒機(jī)等。其中開(kāi)煉機(jī)是制造塑料行業(yè)中歷史最悠久的并且適用范圍也非常的廣泛[1]，開(kāi)煉機(jī)是開(kāi)放式煉膠機(jī)和開(kāi)放式煉塑機(jī)的簡(jiǎn)稱，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造比較容易，也稱為“兩輥機(jī)”，而開(kāi)煉機(jī)作為整條生產(chǎn)線前端設(shè)備，其性能的好壞直接關(guān)系到生產(chǎn)的連續(xù)性，對(duì)設(shè)備的連續(xù)生產(chǎn)能力的決定因素就是控制系統(tǒng)，他能保證設(shè)備在過(guò)載的情況下整機(jī)不受到損壞。

目前，在國(guó)內(nèi)塑料機(jī)械加工行業(yè)生產(chǎn)的開(kāi)煉機(jī)中，對(duì)電機(jī)的控制方式要求也是越來(lái)越高，國(guó)內(nèi)電機(jī)控制方式中大部分還是利用傳統(tǒng)的幾種控制方式，容易出現(xiàn)起動(dòng)初期的過(guò)電流和過(guò)電壓，嚴(yán)重地影響了生產(chǎn)的效率，而且在實(shí)際中還存在著不少缺陷。然而現(xiàn)在很多普通開(kāi)煉機(jī)中，軟啟動(dòng)器的控制方式被用作是設(shè)備的典型配置，利用軟啟動(dòng)器控制的方式代替以往的傳統(tǒng)控制方法進(jìn)行控制，增加了其運(yùn)行的可靠性和精確性，提高了自動(dòng)化程度，是開(kāi)煉機(jī)控制系統(tǒng)的重大應(yīng)用，從而節(jié)約成本、減少設(shè)備維護(hù)及操作更加方便。

1　開(kāi)煉機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1分類及特點(diǎn)

圖1　開(kāi)煉機(jī)分類圖

開(kāi)煉機(jī)主要用于橡膠、塑料和樹(shù)脂的塑煉、混煉、熱煉、壓片和對(duì)壓延機(jī)及擠出機(jī)熱煉供料等，也可用于再生膠生產(chǎn)過(guò)程的破膠和精煉[2]。由圖1可知，按開(kāi)煉機(jī)的用途可分為:塑（輥）煉機(jī)、壓片機(jī)、熱煉機(jī)、破膠機(jī)、洗膠機(jī)、再生膠粉碎機(jī)、精煉機(jī)、實(shí)驗(yàn)用開(kāi)煉機(jī)等。

1.2結(jié)構(gòu)及工作原理

開(kāi)煉機(jī)主要由輥筒、軸承、機(jī)架、壓蓋、傳動(dòng)裝置、調(diào)距裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)、翻料裝置和緊急制動(dòng)裝置組成，開(kāi)煉機(jī)雖然大小結(jié)構(gòu)不同，但是基本結(jié)構(gòu)相同。根據(jù)開(kāi)煉機(jī)不同的工作狀況和配方工藝，也有不同的輔助裝置，主要的輔助裝置由翻膠裝置、擋膠裝置、膠片切割與冷卻裝置組成。具體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　開(kāi)煉機(jī)結(jié)構(gòu)圖

開(kāi)煉機(jī)在煉膠過(guò)程中主要是依靠?jī)蓚€(gè)相對(duì)回轉(zhuǎn)的輥筒對(duì)膠料產(chǎn)生擠壓、剪切作用，經(jīng)過(guò)多次捏煉，以及在這個(gè)過(guò)程中伴隨的化學(xué)作用，將塑煉膠內(nèi)部的大分子鏈打斷，使配方中的各種成分混合均勻，而最后達(dá)到煉膠的目的。從兩個(gè)輥筒間隙中排出的膠片，由于兩個(gè)輥筒表面速度和溫度的差異而包覆在一個(gè)輥筒上，重新返回兩輥間，這樣多次往復(fù)，完成煉膠作用。從工作原理中可以發(fā)現(xiàn)煉膠過(guò)程中溫度和速度是極其重要的，目前控制膠的質(zhì)量主要有幾種方法，時(shí)間控制法（薄通次數(shù)）、溫度控制法、能量控制法、直觀判斷法等。

1.3電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)開(kāi)煉機(jī)原理可知，煉膠過(guò)程中是通過(guò)輥筒和膠料的接觸產(chǎn)生的各種作用力和反作用力，使膠料完成混煉或塑煉。通過(guò)對(duì)開(kāi)煉機(jī)煉膠過(guò)程的各種分析，輥速為煉膠質(zhì)量和全自動(dòng)化程度的影響參數(shù)。根據(jù)開(kāi)煉機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)輥速和速比的要求,不同輥筒轉(zhuǎn)速和兩輥之間速比的任意變化的值,通常驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用電機(jī)傳動(dòng),每個(gè)輥筒都配有電機(jī)和減速器,一般工藝過(guò)程中開(kāi)煉機(jī)所用電機(jī)為交流電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，維護(hù)方便，因此長(zhǎng)期以來(lái)一直圍繞交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速問(wèn)題，由電機(jī)學(xué)可知，異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為[3]：

N1=60f1/p

式中：

n1——同步轉(zhuǎn)速；

f1——定子頻率；

p——磁極對(duì)數(shù)。

然而，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為

N=(1-s)n1=60f1(1-s)/p

式中：S——轉(zhuǎn)差率。

從以上可知，要調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率、頻率息息相關(guān)。

我公司生產(chǎn)的開(kāi)煉機(jī)，驅(qū)動(dòng)主電機(jī)傳統(tǒng)的大部分采用交流繞線式電機(jī)，啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子接入頻敏變阻器啟動(dòng)，采用國(guó)產(chǎn)斷路器，接觸器和繼電器控制，工作狀態(tài)是工頻全速運(yùn)行，速度不可調(diào)，可靠性差、故障率高，而且不可以頻繁啟動(dòng)。本文闡述采用交流鼠龍電機(jī)代替繞線電機(jī)，由軟啟動(dòng)器控制來(lái)驅(qū)動(dòng)，提高開(kāi)煉機(jī)在煉膠過(guò)程中的膠料質(zhì)量和穩(wěn)定性。

2　電氣控制

開(kāi)煉機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括電動(dòng)機(jī)、減速器、傳動(dòng)制動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)齒輪和速比齒輪的選擇與布局。傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響到開(kāi)煉機(jī)的整體，結(jié)構(gòu)等。隨著現(xiàn)代電氣對(duì)工業(yè)精密化、高速化、高性能、高質(zhì)量的不斷要求，應(yīng)用在開(kāi)煉機(jī)設(shè)備的電機(jī)啟動(dòng)方式由傳統(tǒng)的繞線電機(jī)直接控制、起保停控制、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、星三角降壓?jiǎn)?dòng)、自耦變壓器啟動(dòng)方式等等發(fā)展成現(xiàn)在的軟啟動(dòng)器啟動(dòng)方式，因?yàn)殡姍C(jī)的突然劇烈啟動(dòng)造成過(guò)負(fù)荷情況，容易造成電機(jī)的損壞和對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的可塑性影響。例如傳統(tǒng)的星三角降壓?jiǎn)?dòng)產(chǎn)生的電壓和電流瞬間變化容易導(dǎo)致電氣故障。本文針對(duì)軟啟動(dòng)器控制方式的應(yīng)用展開(kāi)介紹。

2.1軟啟動(dòng)器控制系統(tǒng)的原理

由于三相交流異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與所加定子端電壓的二次方成正比，同時(shí)電機(jī)電流與定子電壓成正比，因此可以通過(guò)控制加在電機(jī)定子上的電壓對(duì)電機(jī)加速轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流進(jìn)行限制，以降低電機(jī)啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的過(guò)高啟動(dòng)電流和啟動(dòng)力矩。軟啟動(dòng)器就是一種集電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車、軟載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，其實(shí)質(zhì)是個(gè)調(diào)壓器，用于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，輸出只改變電壓并不改變頻率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜[4]。根據(jù)交流鼠龍電機(jī)的效率高，最大扭矩和額定扭矩小等特點(diǎn)，與軟啟動(dòng)器結(jié)合一起控制。其包括限流軟啟動(dòng)、電壓斜坡軟啟動(dòng)、轉(zhuǎn)矩控制軟啟動(dòng)、電壓控制啟動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中，軟啟動(dòng)器具有啟動(dòng)電流小、在啟動(dòng)中過(guò)渡自然、節(jié)能效果好、多臺(tái)電機(jī)可同時(shí)使用一臺(tái)軟啟動(dòng)器等優(yōu)點(diǎn)。

作為重要驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)的控制方式是尤為重要的，既要為智能控制打下良好的基礎(chǔ)，又要降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，所以利用軟啟動(dòng)器這種采用電子式電路、可以輕易的通過(guò)安全和事故指示燈增強(qiáng)、電壓等所有設(shè)定值都可以在面板上設(shè)定的一種方式。

2.2電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制要求嚴(yán)格，啟動(dòng)電流不能過(guò)大，啟動(dòng)扭矩也不能太小，方案采用軟啟動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，采用ABB新型軟啟動(dòng)器系列，具體型號(hào)是：PSTB300-600-70；適用于電流18～515 A，電源電壓在200～600 V的電動(dòng)機(jī)，由于普通生產(chǎn)過(guò)程中不涉及調(diào)速，所以利用利用本身軟啟動(dòng)器自帶的功能即可，又由于電動(dòng)機(jī)啟停的時(shí)間過(guò)短，為了不讓電動(dòng)機(jī)能突然停止，在電動(dòng)機(jī)配置抱閘系統(tǒng)的同時(shí)，還要在信號(hào)上通過(guò)時(shí)間繼電器過(guò)度信號(hào)時(shí)間，其具體連接方式如圖3所示。

圖3　軟啟動(dòng)器控制結(jié)構(gòu)模型

從連接方式上看與星三角連接方式相似，所以稱“內(nèi)三角”，工作時(shí)，啟動(dòng)電壓逐步增大，電動(dòng)機(jī)速度逐漸增加[5]，直到電機(jī)的電壓為額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)了平緩啟動(dòng)，這時(shí)降低啟動(dòng)電流，避免了啟動(dòng)時(shí)過(guò)流而跳閘。電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。這種連接特別適合頻繁啟動(dòng)和停機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且可以自動(dòng)的處理電機(jī)的過(guò)電流問(wèn)題，與單獨(dú)的限制鏈路連接簡(jiǎn)化了設(shè)置，并且可以滿足最大啟動(dòng)電流。

2.3對(duì)比結(jié)果

主要通過(guò)對(duì)繞線電機(jī)的控制方式的比較，多年來(lái)用戶多次出現(xiàn)關(guān)于其他控制方式的售后問(wèn)題，例如頻敏變阻器發(fā)熱損毀，電機(jī)耗能大、穩(wěn)定性差、故障率高等問(wèn)題；而軟啟動(dòng)器是在起動(dòng)瞬間、結(jié)構(gòu)成本、控制效果等方面都要比其他幾種控制方式好。此方案應(yīng)用后，電機(jī)啟動(dòng)電流由原來(lái)額定電流的6～7倍下降至3～4倍，壓降明顯改善。同時(shí)減少了啟動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩，最大額度的消除了設(shè)備在起動(dòng)和停車過(guò)程中對(duì)電機(jī)和電控的沖擊，在出現(xiàn)故障時(shí)可以停掉高壓，并且裝有可直接啟動(dòng)電機(jī)的真空接觸器，保證軟啟動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)直接啟動(dòng)電機(jī)，保持生產(chǎn)的連續(xù)性，給用戶帶來(lái)了很多的方便。

3　總結(jié)

本文實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)器在開(kāi)煉機(jī)生產(chǎn)線上的使用，從開(kāi)煉機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)和工作原理出發(fā)，利用電氣控制系統(tǒng)對(duì)開(kāi)煉機(jī)進(jìn)行控制并分析開(kāi)煉機(jī)用電機(jī)啟動(dòng)方式的傳統(tǒng)方法與應(yīng)用；此外，通過(guò)軟啟動(dòng)器控制結(jié)構(gòu)的說(shuō)明與實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)象；系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行后克服了以前傳統(tǒng)方法的不足，系統(tǒng)運(yùn)行后大大提高了開(kāi)煉機(jī)膠料可塑性的穩(wěn)定，也降低了采購(gòu)成本，節(jié)能效果和生產(chǎn)效率大幅度提高，為塑料廠提供了優(yōu)良的產(chǎn)品設(shè)備。

[1] 曾憲奎，呂沖，張憲廷.基于方差分析的開(kāi)煉機(jī)智能煉膠過(guò)程優(yōu)化[J].橡膠技術(shù)與裝備，2016(63)107～110.

[2] 王飛,張娟.基于變頻器驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)式掛膠系統(tǒng)研發(fā)[J].橡膠技術(shù)與裝備，2015(42)48～50.

[3] 曹偉魏.開(kāi)煉機(jī)輥筒的有限元分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)[M]. 2013年5月.

[4] 楊國(guó)來(lái)，馬宏遠(yuǎn)，宋壽鵬 模糊PID雙模控制的開(kāi)煉機(jī)液壓調(diào)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 2010年(9)40～43.

[5] 韓亞娜，顏貴春，劉淑華 橡膠塑料開(kāi)煉機(jī)裝配步進(jìn)設(shè)計(jì)與研究. [J]橡膠技術(shù)與裝備，2015(42)54～57.

（R-03）

Application of soft starter control in open mill

Application of soft starter control in open mill

Huo Chunyuan
（Dalian Yinghui Machinery Manufacturing Co.， Ltd.， Dalian 116039， Liaoning， China）

Today is the extremely rapid development era for plastic machinery. With the increasing demand for tire industry， as a kind of simple mechanical equipment with long history and wide application scope， open mills has higher and more requirements in in quality， consumption， and production cost； The requirements for an important drive actuator motor is by leaps and bounds. Due to the traditional winding motor control， reversing motor control and star delta reduced voltage starting control mode cannot meet the requirements of the open mill， soft starter control mode is widely used in the open mill. This paper introduces the principle and specific electrical principle control diagram of the soft starter， compares several control results； confirms that the application of soft starter in the open mill makes the equipment more stable，accurate and simple， and saves a lot of costs.

open mill； control mode； soft starter

TQ320.43

1009-797X(2016)14-0022-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.14.006

霍春原（1988-），男，2011年畢業(yè)于大連交通大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，主要從事橡膠機(jī)械設(shè)備的電控系統(tǒng)研發(fā)。

2016-04-21