1 引言

挤出成型是塑料成型加工工艺中的主要加工方法之一，大部分热塑性塑料均可用此方法。目前，挤出成型已经广泛应用于日用品、农业、建筑业、石油、化工、机械制造、电子等部门。在挤出成型设备中最关键的部分就是挤出机。塑料通过挤出机塑化成均匀的熔体，并在塑化中建立的压力作用下，并通过螺杆连续定温、定量、定压地挤出机头。本文将主要讨论的就是塑料挤出机的主机变频和伺服传动控制的一些要点，以及安川变频与伺服在其中的应用特点。

2 安川变频器在挤出机主机传动中的应用

主机传动是塑料挤出机的主要组成部分之一，它的作用是驱动挤出机的螺杆，并使螺杆能在选定的工艺条件下(如机头压力、温度、转速等)，以必需的转矩和转速均匀地旋转，完成挤出过程。它在其适用的范围内能够提供最大的转矩输出和一定的可调速范围，同时还应使用可靠、维修方便。图1为塑料挤出机主机传动的变频控制原理图。

图1 塑料挤出机变频工作原理

挤出机的工作特性是指螺杆的转速与驱动功率之间的关系，在挤出过程中，主传动所消耗的功率是随着转速的增加而增高的，是属于比较典型的恒转矩负载。但由于加工物料的不同，有些挤出工艺需要的转速比较低，而有些挤出工艺所需要的转速相对比较高。因此，对于挤出机的传动需要在低速到额定转速之间都必须要有相同的转矩输出才能达到最高效率比。

对于速度，挤出速率是描述挤出机挤出过程的一个重要参数，它的大小象征着机器生产率的高低，影响速率的因素很多，如机头阻力、螺杆转速、料桶结构等，在机头压力恒定的情况下，最重要的要属螺杆转速。因此，控制螺杆转速恒定无突变是最重要的。

在挤出机主传动控制中，采用安川变频器的g7系列可以至少满足三个要求:

(1) 替代传统的液压耦合调速或直流电机调速;

(2) 在挤出过程中的精确速度控制;

(3) 低速时的高转矩控制。

安川g7系列是世界上首次在通用变频器上采用世界领先技术的“三电平控制方式”并一举获得成功的变频器，此项成果一举解决了400v级电机由于冲击电压造成的电机绝缘体损伤和由于轴电压造成的电机主轴的电腐蚀问题。安川g7的电流矢量控制所拥有的高性能、多功能，可以使各式各样的机械设备在高效率高精度状态下运行，在塑料挤出机主传动中的表现尤为突出。

表1为安川g7变频器适合挤出机主传动运行的特点综述。

图1为挤出机开环速度控制系统，采用无传感器的矢量控制，适合一般的挤出机控制。对于高档挤出机或特种挤出机种采用带pg的速度闭环控制是最适当的，就是通过装设在电机轴后端的pg编码器来获得电机的实时转速(如图2所示)，从而可以进行速度闭环控制。带pg的矢量控制方式与不带pg的矢量控制方式，不仅在速度控制精度上提高了近10倍外，零频转矩也能获得50％以上的提升。安川g7系列变频器都支持以上两种控制方式。

图2 安川g7变频器在塑料挤出机主机传动中的矢量控制

另外，变频调速作为塑料挤出机主机传动已经作为一种节能的发展趋势，尤其在电动机的实际转速低于额定转速时，变频器运行在45hz以下时，节能效果更加明显。

3 安川伺服在挤出机主机传动中的应用

通过上述分析我们知道对于塑料挤出机主机传动的调速性能和转矩控制要求非常高，随着交流伺服技术的快速发展，采用交流伺服作为主传动的应用也开始走上市场。这是因为交流伺服系统具有比变频器更高的低速转矩控制性能、更精确的速度控制性能。

在塑料挤出机上采用交流伺服系统至少有以下几个好处:

(1) 电机功率减小，节约电能效果明显，用户的使用成本降低;

(2) 机械结构简化，节省了金属材料;

(3) 操作简化，降低了维修成本;

(4) 控制范围增大，控制精度提高，控制电机效率提高;

(5) 提升用户的产品质量，确实做到了提高塑料挤出机械的产品档次。

尤其是使用安川的sigma-ⅱ系列伺服产品后，它能在转矩控制、位置控制和速度控制三位一体中，自由地将控制方位切换采用参数设定切换。伺服电机从小容量到大容量，能充分考虑各种控制要求和安装场合，环境适用性强。它能灵活运用爆发力，充分发挥机械性能并迅速准确地传递，在准确性、速度等方面拥有更高的技术水平。

图3左为安川sigma-ⅱ系列伺服产品的接线示意。

图3 安川sigma-ⅱ系列伺服产品在塑料挤出机主机传动中的应用

相对于变频器传动而言，其传动机构包括交流异步变频电机、变频器、皮带轮、减速机、螺杆。而采用安川伺服控制系统后，可以省去庞大的减速机，使系统机构大为精简(见图3右);同时将电机的额定功率可以大幅降低，只需根据驱动螺杆的扭矩算出相应的伺服电机型号。表2是关于在挤出机传动中使用比较广泛的安川sigma -ⅱ伺服的特性。

4 结束语

安川变频器和伺服控制在单螺杆、双螺杆挤出机主机传动中优异的特性得到了用户一致的认可，采用变频器和伺服系统代换滑差调速、直流调速等传统的调速系统，不但能节电，而且其对运行速度的精度及稳定性都有了显著的提高，进一步满足了生产的需要。

采用变频或伺服技术配用异步电动机或异步伺服电机可以降低吨塑料制品电费，同比整流子电机节能20%-30%，同比滑差电机节能50%以上，同时变频或伺服软起动，无冲击电流，起动平稳，可提高产品的质量。采用变频或伺服控制技术还可延长了挤出机整机使用寿命，降低维修费用。