變頻控制在注塑機(jī)控制器中的應(yīng)用

中國(guó)注塑網(wǎng)

功能。　　收穡日期：⑴2―09―基金項(xiàng)目：浙江大學(xué)及寧波市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目（01H50301-4）1注塑機(jī)流量主要控制方法及缺點(diǎn)現(xiàn)在注塑機(jī)一般都采用液壓系統(tǒng)。注塑機(jī)液壓系統(tǒng)中壓力流量的控制方法有很多種。使用液壓系統(tǒng)的注塑機(jī)控制器，其流量控制的方法主要有“定量泵+流量閥”和比例變量泵系統(tǒng)，他們各有優(yōu)缺點(diǎn)?！　￠y門(mén)是流量調(diào)節(jié)的傳統(tǒng)方法，現(xiàn)在大量的注塑機(jī)使用定量泵+閥門(mén)的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)控制簡(jiǎn)單方便，用電機(jī)拖動(dòng)定量泵供油。一種是通過(guò)調(diào)節(jié)閥阻的大小來(lái)調(diào)節(jié)流量，用該方法調(diào)節(jié)流量具有簡(jiǎn)便易行、投資較低的特點(diǎn)。但同時(shí)，它也存在管路安裝較復(fù)雜、管網(wǎng)壓力波動(dòng)較大、滴漏現(xiàn)象增加、調(diào)節(jié)功能單一及運(yùn)行效率低等問(wèn)題；另一種是使用比例流量閥，一般選用三通的流量閥，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度和溢流達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的，這種方法也存在著溢流大，能量損失不可避免的缺點(diǎn)。造成定量泵液壓系統(tǒng)效率低的主要原因是由于電機(jī)工作在額定功率下，這樣定量泵的輸出壓力、流量與負(fù)載所需要的壓力流量不匹配，產(chǎn)生溢流接流和卸荷能量損失。定量泵液壓系統(tǒng)只適合與恒壓力、恒流量的載荷類(lèi)型，對(duì)于注塑機(jī)這類(lèi)多負(fù)載、多速度的工作循環(huán)中，其效率很低，一般在35%以下，所以能量損失很大?！　?.2比例變量泵系統(tǒng)為了達(dá)到節(jié)能的目的，現(xiàn)在有些液壓系統(tǒng)中使用變量泵來(lái)調(diào)節(jié)液壓流量，實(shí)際應(yīng)用中有很多種變量泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如限壓式變量泵驅(qū)動(dòng)回路具有按負(fù)載壓力調(diào)節(jié)流量的特性，是一種流量匹配回路，容積效率較高；而恒功率變量泵驅(qū)動(dòng)回路，是利用恒功率變量泵實(shí)現(xiàn)流量自動(dòng)跟隨泵的輸出壓力變化，可給出近似恒功率輸出特性。使用變量泵系統(tǒng)和比例閥配合，可以在注塑機(jī)液壓系統(tǒng)中滿(mǎn)足變壓力、變流量的要求。但是這種控制方法節(jié)能效果有限，而且這種液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)不方便，而且液壓油污染較難控制，成本增加較多?！　?注塑機(jī)流量變頻控制的原理及實(shí)現(xiàn)2.1變頻器流量的控制原理注塑機(jī)液壓油泵的負(fù)荷功率占整機(jī)負(fù)載功率的70%，而注塑機(jī)生產(chǎn)方式是變壓力、變流量連續(xù)循環(huán)不間斷的，由于注塑機(jī)控制器要求壓力流量反應(yīng)速度快，以前由于變頻器價(jià)格貴，反應(yīng)速度有限等原因鐘*秒9并且可以進(jìn)行時(shí)間自校驗(yàn)rnalElecfronicPublishia值根據(jù)不同的工序和壓力流量t設(shè)定值w通過(guò)崖適的限制，在注塑機(jī)中的應(yīng)用得不到重視，現(xiàn)在由于價(jià)格的下降和變頻技術(shù)的發(fā)展，這些問(wèn)題得到了解決?！　∽⑺軝C(jī)液壓系統(tǒng)壓力可以用壓力比例閥控制，而流量可以通過(guò)變頻器控制電機(jī)及油泵轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)控制。　　使用變頻器后可以省去一個(gè)比例流量閥，每個(gè)工藝需求不同的液壓流量，控制器根據(jù)設(shè)定值輸出對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)給變頻器，實(shí)現(xiàn)油泵電機(jī)不同的轉(zhuǎn)速，使每一個(gè)工藝階段油提供的流量剛好滿(mǎn)足工藝要求，這樣沒(méi)有溢流損失，能量得到充分利用，在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下節(jié)能。　　油泵流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系：q油泵的排量Q*油泵流量電機(jī)轉(zhuǎn)速為：n電機(jī)轉(zhuǎn)速將進(jìn)行靜態(tài)液晶掃描顯示，該顯示器128點(diǎn)陣，它不但可以顯示數(shù)字、字母、特殊字符、漢字、曲線、圖形而且可以進(jìn)行圖形、文本以及圖形與文本的與、或、異或的混合顯示。實(shí)時(shí)時(shí)鐘選用了DS12887，可以顯示年、月、日、星期、小時(shí)、分下位機(jī)的功能主要是數(shù)據(jù)的采集處理和工作過(guò)程的控制，并通過(guò)RS-232通信接口向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)和接收上位機(jī)控制面板的命令，控制機(jī)械的運(yùn)行。　　下位機(jī)微處理器主要處理行程開(kāi)關(guān)與電磁閥的開(kāi)關(guān)量的掃描輸入以及6路溫度采集以及位置尺的采樣與12位A/D轉(zhuǎn)換，并把上位機(jī)設(shè)定好的工藝參數(shù)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成模擬量后，控制比例閥和變頻器的輸出。系統(tǒng)的輸入輸出量包括64路開(kāi)關(guān)量輸入，用來(lái)采集行程開(kāi)關(guān)信號(hào)和執(zhí)行電器的工作狀態(tài)；路A/D采樣，采集料桶溫度數(shù)據(jù)和位置尺位置數(shù)據(jù)；8路開(kāi)關(guān)量的輸出，驅(qū)動(dòng)繼電器、接觸器控制電磁閥和變頻器的啟停。　　壓力和流量信號(hào)是通過(guò)控制面板設(shè)置，然后通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，為了保證信號(hào)傳輸?shù)恼_和抗干擾性，以便于遠(yuǎn)距離傳輸以及變頻器對(duì)輸入信號(hào)的要求，還需通過(guò)一個(gè)八變換電路將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。電流信號(hào)范圍一般為2.3實(shí)際應(yīng)用實(shí)際控制器將控制面板上流量輸入值通過(guò)計(jì)算得到相應(yīng)的頻率值，將該頻率值通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)V變換為電流信號(hào)送給變頻器，變頻器控制電機(jī)的運(yùn)行，其前后向通道結(jié)構(gòu)，如所示?！　∮捎谧⑺軝C(jī)生產(chǎn)過(guò)程是變壓力、變流量過(guò)程，有時(shí)候流量相同而壓力變化很大，這樣對(duì)流量的控制有影響。實(shí)際應(yīng)用中頻率信號(hào)不但與設(shè)定的流量值有關(guān)，而且和動(dòng)作的壓力有關(guān)。不同的情況下它們的相關(guān)性是不同的，一種簡(jiǎn)單的解決方法就是根據(jù)不同的情況對(duì)流量設(shè)定值進(jìn)行修正，得出流量實(shí)際輸出值。設(shè)系統(tǒng)壓力設(shè)定值為Px，流量設(shè)定值為，根據(jù)輸入的信號(hào)計(jì)算實(shí)際輸出流量值為：Q=Qx+aXPx修正系數(shù)實(shí)際輸出流量信號(hào)應(yīng)的算法計(jì)算而得la當(dāng)壓力設(shè)定值越大而流量設(shè)定值越小時(shí)a越大；當(dāng)壓力設(shè)定值越小而流量設(shè)定值越大時(shí)a越小。　　Q與變頻器所需要的頻率信號(hào)相對(duì)應(yīng)，Q經(jīng)過(guò)D/A輸出、變換后送給變頻器。　　另一種辦法就是實(shí)現(xiàn)流量的閉環(huán)控制，由于使用位置尺可以使用位置數(shù)據(jù)換算為流量速度信號(hào)，根據(jù)與實(shí)際設(shè)定值的偏差進(jìn)行閉環(huán)控制，這樣就可以精確控制實(shí)際的流量，抵消壓力變化對(duì)流量的影響。　　不同的變頻器所要求輸入的信號(hào)是不同的，通常有電壓信號(hào)0~10V，電流信號(hào)0 ~20mA、4~20mA.所以，為了與不同的變頻器相配合，注塑機(jī)控制器可以根據(jù)控制面板上的用戶(hù)參數(shù)，選擇實(shí)現(xiàn)不同的信號(hào)輸出?！　】刂泼姘濞D微控制器―I/A―V/I―變頻器―電機(jī)變頻控制通道2.4注塑機(jī)變頻控制的節(jié)能分析對(duì)于液壓泵而言，流量與轉(zhuǎn)速成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，其關(guān)系如下：根據(jù)上述關(guān)系，當(dāng)系統(tǒng)流量減少30%即達(dá)滿(mǎn)量程的70%時(shí)，實(shí)際功率只有額定功率的34.3%，而使用變頻器之前電機(jī)總是工作在額定功率下，節(jié)能比例達(dá)到65.7%，由此可見(jiàn)對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行變頻流量控制具有十分明顯的節(jié)能效果。注塑容積越大注塑機(jī)其冷卻時(shí)、再循環(huán)時(shí)等時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)能效果越明顯。上述計(jì)算結(jié)果是系統(tǒng)存在的節(jié)能潛力，具體使用變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)需要將變頻器的功耗和電機(jī)效率的變化考慮在內(nèi)，實(shí)際的功率消耗減少的程度將略低于上述數(shù)值（約低2% ~4%）。由于不同的品牌的變頻器具有不同的傳遞效率，因此節(jié)能效果會(huì)略有不同?！　?利用變頻器內(nèi)置PID改善流量控制精度為了保證流量控制的精確性，可以使用變頻器內(nèi)置的PID控制器實(shí)現(xiàn)流量的閉環(huán)控制，這樣就可以克服一定的外界干擾。當(dāng)使用變頻電機(jī)的時(shí)候可以使用電機(jī)的碼盤(pán)反饋信號(hào)等作為變頻器的反饋信號(hào)；如果使用一般的電機(jī)，則需要通過(guò)流量傳感器來(lái)測(cè)量液壓系統(tǒng)的流量信號(hào)?！　〔煌淖冾l器其PID控制有所不同，以富士FRENIC5000G11S型變頻器為例，其閉環(huán)控制框圖，（頻率設(shè)定）和H21（反饋選擇）選擇實(shí)際應(yīng)用中F01設(shè)為參數(shù)2（端子〈4~20mA〉設(shè)定）反饋選擇H21設(shè)為0（控制端子12輸入）還有PID模式選擇參數(shù)H20設(shè)為1（正動(dòng)作）?！　∑渌嚓P(guān)變頻器參數(shù)設(shè)定為：電機(jī)參數(shù)，根據(jù)電機(jī)銘牌設(shè)定P01：電機(jī)極數(shù)；P02：電機(jī)容量；F02=1：正反轉(zhuǎn)由夕端子、REV控制；F03=50Hz：最高頻率；F07=0.02s：加速時(shí)間；F08= 10Hz：下限頻率（）：PID控制比例系數(shù)；H23=0.05（）PID控制積分系數(shù)；H24=0（）：PID控制微分系數(shù)。　　4結(jié)論利用變頻原理控制注塑機(jī)液壓系統(tǒng)流量，減少油泵磨損，延長(zhǎng)了使用壽命，漏油少，噪聲小，維護(hù)方便，節(jié)能效果明顯，既實(shí)現(xiàn)了流量的方便控制也達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的效果，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分可觀，具有很大的推廣價(jià)值。