变频控制在注塑机控制器中的应用

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功能。　　收穑日期：⑴2―09―基金项目：浙江大学及宁波市科技计划资助项目（01H50301-4）1注塑机流量主要控制方法及缺点现在注塑机一般都采用液压系统。注塑机液压系统中压力流量的控制方法有很多种。使用液压系统的注塑机控制器，其流量控制的方法主要有“定量泵+流量阀”和比例变量泵系统，他们各有优缺点。　　阀门是流量调节的传统方法，现在大量的注塑机使用定量泵+阀门的结构，这种结构控制简单方便，用电机拖动定量泵供油。一种是通过调节阀阻的大小来调节流量，用该方法调节流量具有简便易行、投资较低的特点。但同时，它也存在管路安装较复杂、管网压力波动较大、滴漏现象增加、调节功能单一及运行效率低等问题；另一种是使用比例流量阀，一般选用三通的流量阀，通过调节阀的开度和溢流达到调节流量的目的，这种方法也存在着溢流大，能量损失不可避免的缺点。造成定量泵液压系统效率低的主要原因是由于电机工作在额定功率下，这样定量泵的输出压力、流量与负载所需要的压力流量不匹配，产生溢流接流和卸荷能量损失。定量泵液压系统只适合与恒压力、恒流量的载荷类型，对于注塑机这类多负载、多速度的工作循环中，其效率很低，一般在35%以下，所以能量损失很大。　　1.2比例变量泵系统为了达到节能的目的，现在有些液压系统中使用变量泵来调节液压流量，实际应用中有很多种变量泵系统结构，如限压式变量泵驱动回路具有按负载压力调节流量的特性，是一种流量匹配回路，容积效率较高；而恒功率变量泵驱动回路，是利用恒功率变量泵实现流量自动跟随泵的输出压力变化，可给出近似恒功率输出特性。使用变量泵系统和比例阀配合，可以在注塑机液压系统中满足变压力、变流量的要求。但是这种控制方法节能效果有限，而且这种液压系统结构复杂，维护不方便，而且液压油污染较难控制，成本增加较多。　　2注塑机流量变频控制的原理及实现2.1变频器流量的控制原理注塑机液压油泵的负荷功率占整机负载功率的70%，而注塑机生产方式是变压力、变流量连续循环不间断的，由于注塑机控制器要求压力流量反应速度快，以前由于变频器价格贵，反应速度有限等原因钟*秒9并且可以进行时间自校验rnalElecfronicPublishia值根据不同的工序和压力流量t设定值w通过崖适的限制，在注塑机中的应用得不到重视，现在由于价格的下降和变频技术的发展，这些问题得到了解决。　　注塑机液压系统压力可以用压力比例阀控制，而流量可以通过变频器控制电机及油泵转速实现控制。　　使用变频器后可以省去一个比例流量阀，每个工艺需求不同的液压流量，控制器根据设定值输出对应的频率信号给变频器，实现油泵电机不同的转速，使每一个工艺阶段油提供的流量刚好满足工艺要求，这样没有溢流损失，能量得到充分利用，在确保产品质量的前提下节能。　　油泵流量与电机转速的关系：q油泵的排量Q*油泵流量电机转速为：n电机转速将进行静态液晶扫描显示，该显示器128点阵，它不但可以显示数字、字母、特殊字符、汉字、曲线、图形而且可以进行图形、文本以及图形与文本的与、或、异或的混合显示。实时时钟选用了DS12887，可以显示年、月、日、星期、小时、分下位机的功能主要是数据的采集处理和工作过程的控制，并通过RS-232通信接口向上位机传送数据和接收上位机控制面板的命令，控制机械的运行。　　下位机微处理器主要处理行程开关与电磁阀的开关量的扫描输入以及6路温度采集以及位置尺的采样与12位A/D转换，并把上位机设定好的工艺参数经过D/A转换成模拟量后，控制比例阀和变频器的输出。系统的输入输出量包括64路开关量输入，用来采集行程开关信号和执行电器的工作状态；路A/D采样，采集料桶温度数据和位置尺位置数据；8路开关量的输出，驱动继电器、接触器控制电磁阀和变频器的启停。　　压力和流量信号是通过控制面板设置，然后通过D/A转换器转换成对应的电压信号，为了保证信号传输的正确和抗干扰性，以便于远距离传输以及变频器对输入信号的要求，还需通过一个八变换电路将电压信号转换为电流信号。电流信号范围一般为2.3实际应用实际控制器将控制面板上流量输入值通过计算得到相应的频率值，将该频率值通过D/A转换成电压信号，然后经过V变换为电流信号送给变频器，变频器控制电机的运行，其前后向通道结构，如所示。　　由于注塑机生产过程是变压力、变流量过程，有时候流量相同而压力变化很大，这样对流量的控制有影响。实际应用中频率信号不但与设定的流量值有关，而且和动作的压力有关。不同的情况下它们的相关性是不同的，一种简单的解决方法就是根据不同的情况对流量设定值进行修正，得出流量实际输出值。设系统压力设定值为Px，流量设定值为，根据输入的信号计算实际输出流量值为：Q=Qx+aXPx修正系数实际输出流量信号应的算法计算而得la当压力设定值越大而流量设定值越小时a越大；当压力设定值越小而流量设定值越大时a越小。　　Q与变频器所需要的频率信号相对应，Q经过D/A输出、变换后送给变频器。　　另一种办法就是实现流量的闭环控制，由于使用位置尺可以使用位置数据换算为流量速度信号，根据与实际设定值的偏差进行闭环控制，这样就可以精确控制实际的流量，抵消压力变化对流量的影响。　　不同的变频器所要求输入的信号是不同的，通常有电压信号0~10V，电流信号0 ~20mA、4~20mA.所以，为了与不同的变频器相配合，注塑机控制器可以根据控制面板上的用户参数，选择实现不同的信号输出。　　控制面板―微控制器―I/A―V/I―变频器―电机变频控制通道2.4注塑机变频控制的节能分析对于液压泵而言，流量与转速成正比，而轴功率与转速的立方成正比，其关系如下：根据上述关系，当系统流量减少30%即达满量程的70%时，实际功率只有额定功率的34.3%，而使用变频器之前电机总是工作在额定功率下，节能比例达到65.7%，由此可见对注塑机进行变频流量控制具有十分明显的节能效果。注塑容积越大注塑机其冷却时、再循环时等时间越长，节能效果越明显。上述计算结果是系统存在的节能潜力，具体使用变频器进行调节时需要将变频器的功耗和电机效率的变化考虑在内，实际的功率消耗减少的程度将略低于上述数值（约低2% ~4%）。由于不同的品牌的变频器具有不同的传递效率，因此节能效果会略有不同。　　3利用变频器内置PID改善流量控制精度为了保证流量控制的精确性，可以使用变频器内置的PID控制器实现流量的闭环控制，这样就可以克服一定的外界干扰。当使用变频电机的时候可以使用电机的码盘反馈信号等作为变频器的反馈信号；如果使用一般的电机，则需要通过流量传感器来测量液压系统的流量信号。　　不同的变频器其PID控制有所不同，以富士FRENIC5000G11S型变频器为例，其闭环控制框图，（频率设定）和H21（反馈选择）选择实际应用中F01设为参数2（端子〈4~20mA〉设定）反馈选择H21设为0（控制端子12输入）还有PID模式选择参数H20设为1（正动作）。　　其他相关变频器参数设定为：电机参数，根据电机铭牌设定P01：电机极数；P02：电机容量；F02=1：正反转由夕端子、REV控制；F03=50Hz：最高频率；F07=0.02s：加速时间；F08= 10Hz：下限频率（）：PID控制比例系数；H23=0.05（）PID控制积分系数；H24=0（）：PID控制微分系数。　　4结论利用变频原理控制注塑机液压系统流量，减少油泵磨损，延长了使用寿命，漏油少，噪声小，维护方便，节能效果明显，既实现了流量的方便控制也达到了节能环保的效果，其经济效益和社会效益十分可观，具有很大的推广价值。