變頻控制在注塑機控制器中的應用

中國注塑網(wǎng)

功能。　　收穡日期：⑴2―09―基金項目：浙江大學及寧波市科技計劃資助項目（01H50301-4）1注塑機流量主要控制方法及缺點現(xiàn)在注塑機一般都采用液壓系統(tǒng)。注塑機液壓系統(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?！　￠y門是流量調(diào)節(jié)的傳統(tǒng)方法，現(xiàn)在大量的注塑機使用定量泵+閥門的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)控制簡單方便，用電機拖動定量泵供油。一種是通過調(diào)節(jié)閥阻的大小來調(diào)節(jié)流量，用該方法調(diào)節(jié)流量具有簡便易行、投資較低的特點。但同時，它也存在管路安裝較復雜、管網(wǎng)壓力波動較大、滴漏現(xiàn)象增加、調(diào)節(jié)功能單一及運行效率低等問題；另一種是使用比例流量閥，一般選用三通的流量閥，通過調(diào)節(jié)閥的開度和溢流達到調(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。造成定量泵液壓系統(tǒng)效率低的主要原因是由于電機工作在額定功率下，這樣定量泵的輸出壓力、流量與負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、恒流量的載荷類型，對于注塑機這類多負載、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)為了達到節(jié)能的目的，現(xiàn)在有些液壓系統(tǒng)中使用變量泵來調(diào)節(jié)液壓流量，實際應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)動回路具有按負載壓力調(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)動回路，是利用恒功率變量泵實現(xiàn)流量自動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，可以在注塑機液壓系統(tǒng)中滿足變壓力、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)復雜，維護不方便，而且液壓油污染較難控制，成本增加較多?！　?注塑機流量變頻控制的原理及實現(xiàn)2.1變頻器流量的控制原理注塑機液壓油泵的負荷功率占整機負載功率的70%，而注塑機生產(chǎn)方式是變壓力、變流量連續(xù)循環(huán)不間斷的，由于注塑機控制器要求壓力流量反應速度快，以前由于變頻器價格貴，反應速度有限等原因鐘*秒9并且可以進行時間自校驗rnalElecfronicPublishia值根據(jù)不同的工序和壓力流量t設(shè)定值w通過崖適的限制，在注塑機中的應用得不到重視，現(xiàn)在由于價格的下降和變頻技術(shù)的發(fā)展，這些問題得到了解決。　　注塑機液壓系統(tǒng)壓力可以用壓力比例閥控制，而流量可以通過變頻器控制電機及油泵轉(zhuǎn)速實現(xiàn)控制?！　∈褂米冾l器后可以省去一個比例流量閥，每個工藝需求不同的液壓流量，控制器根據(jù)設(shè)定值輸出對應的頻率信號給變頻器，實現(xiàn)油泵電機不同的轉(zhuǎn)速，使每一個工藝階段油提供的流量剛好滿足工藝要求，這樣沒有溢流損失，能量得到充分利用，在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下節(jié)能?！　∮捅昧髁颗c電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系：q油泵的排量Q*油泵流量電機轉(zhuǎn)速為：n電機轉(zhuǎn)速將進行靜態(tài)液晶掃描顯示，該顯示器128點陣，它不但可以顯示數(shù)字、字母、特殊字符、漢字、曲線、圖形而且可以進行圖形、文本以及圖形與文本的與、或、異或的混合顯示。實時時鐘選用了DS12887，可以顯示年、月、日、星期、小時、分下位機的功能主要是數(shù)據(jù)的采集處理和工作過程的控制，并通過RS-232通信接口向上位機傳送數(shù)據(jù)和接收上位機控制面板的命令，控制機械的運行?！　∠挛粰C微處理器主要處理行程開關(guān)與電磁閥的開關(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，并把上位機設(shè)定好的工藝參數(shù)經(jīng)過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路開關(guān)量輸入，用來采集行程開關(guān)信號和執(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路開關(guān)量的輸出，驅(qū)動繼電器、接觸器控制電磁閥和變頻器的啟停。　　壓力和流量信號是通過控制面板設(shè)置，然后通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對應的電壓信號，為了保證信號傳輸?shù)恼_和抗干擾性，以便于遠距離傳輸以及變頻器對輸入信號的要求，還需通過一個八變換電路將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號。電流信號范圍一般為2.3實際應用實際控制器將控制面板上流量輸入值通過計算得到相應的頻率值，將該頻率值通過D/A轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后經(jīng)過V變換為電流信號送給變頻器，變頻器控制電機的運行，其前后向通道結(jié)構(gòu)，如所示?！　∮捎谧⑺軝C生產(chǎn)過程是變壓力、變流量過程，有時候流量相同而壓力變化很大，這樣對流量的控制有影響。實際應用中頻率信號不但與設(shè)定的流量值有關(guān)，而且和動作的壓力有關(guān)。不同的情況下它們的相關(guān)性是不同的，一種簡單的解決方法就是根據(jù)不同的情況對流量設(shè)定值進行修正，得出流量實際輸出值。設(shè)系統(tǒng)壓力設(shè)定值為Px，流量設(shè)定值為，根據(jù)輸入的信號計算實際輸出流量值為：Q=Qx+aXPx修正系數(shù)實際輸出流量信號應的算法計算而得la當壓力設(shè)定值越大而流量設(shè)定值越小時a越大；當壓力設(shè)定值越小而流量設(shè)定值越大時a越小?！　與變頻器所需要的頻率信號相對應，Q經(jīng)過D/A輸出、變換后送給變頻器?！　×硪环N辦法就是實現(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，根據(jù)與實際設(shè)定值的偏差進行閉環(huán)控制，這樣就可以精確控制實際的流量，抵消壓力變化對流量的影響?！　〔煌淖冾l器所要求輸入的信號是不同的，通常有電壓信號0~10V，電流信號0 ~20mA、4~20mA.所以，為了與不同的變頻器相配合，注塑機控制器可以根據(jù)控制面板上的用戶參數(shù)，選擇實現(xiàn)不同的信號輸出?！　】刂泼姘濞D微控制器―I/A―V/I―變頻器―電機變頻控制通道2.4注塑機變頻控制的節(jié)能分析對于液壓泵而言，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，當系統(tǒng)流量減少30%即達滿量程的70%時，實際功率只有額定功率的34.3%，而使用變頻器之前電機總是工作在額定功率下，節(jié)能比例達到65.7%，由此可見對注塑機進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其冷卻時、再循環(huán)時等時間越長，節(jié)能效果越明顯。上述計算結(jié)果是系統(tǒng)存在的節(jié)能潛力，具體使用變頻器進行調(diào)節(jié)時需要將變頻器的功耗和電機效率的變化考慮在內(nèi)，實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)能效果會略有不同。　　3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。當使用變頻電機的時候可以使用電機的碼盤反饋信號等作為變頻器的反饋信號；如果使用一般的電機，則需要通過流量傳感器來測量液壓系統(tǒng)的流量信號?！　〔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）選擇實際應用中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（正動作）。　　其他相關(guān)變頻器參數(shù)設(shè)定為：電機參數(shù)，根據(jù)電機銘牌設(shè)定P01：電機極數(shù)；P02：電機容量；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)?！　?結(jié)論利用變頻原理控制注塑機液壓系統(tǒng)流量，減少油泵磨損，延長了使用壽命，漏油少，噪聲小，維護方便，節(jié)能效果明顯，既實現(xiàn)了流量的方便控制也達到了節(jié)能環(huán)保的效果，其經(jīng)濟效益和社會效益十分可觀，具有很大的推廣價值。