注塑機(jī)變頻同步控制器的研制

侍壽永

(1.淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安 223003; 2.江蘇省電子產(chǎn)品裝備制造工程技術(shù)研究開發(fā)中心，江蘇淮安 223003)

注塑機(jī)變頻同步控制器的研制

侍壽永1，2

(1.淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安 223003; 2.江蘇省電子產(chǎn)品裝備制造工程技術(shù)研究開發(fā)中心，江蘇淮安 223003)

傳統(tǒng)注塑成型過程要求變頻器能迅速切換速度以滿足系統(tǒng)所需壓力和流量，而產(chǎn)生的沖擊電流須通過增加變頻器的容量來吸收。介紹一種同步控制器，可根據(jù)工藝信號提前改變變頻器的輸出，為其速度的變化提供緩沖時間，保護(hù)了變頻器并使其容量與系統(tǒng)所需容量相匹配。較為詳盡地闡述了同步控制器的組成及工作原理。實踐證明:同步控制器運行穩(wěn)定、可靠，有效地降低了沖擊電流。

注塑機(jī);變頻調(diào)速;同步控制器

隨著變頻調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，變頻器已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。注塑機(jī)的注塑成型過程是一個變負(fù)載過程，完成一個循環(huán)過程需要液壓電機(jī)提供數(shù)種壓力和流量，通過實時調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制系統(tǒng)壓力和流量，節(jié)能效果非常明顯［1－3］。由于注塑機(jī)工藝過程切換迅速，變頻器響應(yīng)較慢，如果人為縮短變頻器轉(zhuǎn)速變換時間，勢必產(chǎn)生較大的沖擊電流，極易使變頻器受到損壞。目前，幾乎所有注塑機(jī)變頻控制系統(tǒng)均采用增加變頻器容量來解決此難題，這則造成“大馬拉小車”現(xiàn)象，文中采用同步控制器來降低該沖擊電流值。

1 同步控制原理

若變頻器變速時間設(shè)置較短，電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速則會迅速改變，而其轉(zhuǎn)子因負(fù)載慣性跟不上同步轉(zhuǎn)速的變化，轉(zhuǎn)子切割磁力線相對運動速度太大而產(chǎn)生過電流，時間設(shè)置越短產(chǎn)生的沖擊電流則越大［4］。同步控制器的研制目的是降低變頻過程所產(chǎn)生的沖擊電流值，使變頻器容量得到有效降低。

同步控制器將系統(tǒng)在工頻工作方式下零件各工藝系統(tǒng)所需壓力、流量及工藝間隔等參數(shù)加以記憶;在變頻工作方式下根據(jù)采集到的工藝及時間選擇信號提前改變變頻器的輸出頻率，在下一道工藝到來時變頻器的輸出使系統(tǒng)的壓力或流量恰好達(dá)到系統(tǒng)所需壓力或流量。提前切換為變頻器的改變輸出提供緩沖時間，使其產(chǎn)生的沖擊電流大大降低，從而保護(hù)了變頻器，使變頻器的容量與注塑機(jī)系統(tǒng)所需容量相匹配。

2 硬件設(shè)計

2.1 硬件組成及作用

根據(jù)上述原理，同步控制器的硬件組成設(shè)計如圖1所示。同步器由微處理器CPU、工作方式選擇電路、時間選擇電路、工藝信號采集電路、信號隔離電路、壓力與流量信號變換電路、信號流向選擇電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、PWM波輸出電路、指示電路等組成［5－7］。

圖1 同步控制器組成框圖

工藝信號采集電路采集來自注塑機(jī)控制系統(tǒng)的塑制零件加工工藝信號，經(jīng)光耦隔離后傳至微處理器;工作方式及時間選擇電路主要由可插拔的跳線槽及電阻組成，根據(jù)不同的跳線接法，可實現(xiàn)不同的工作方式和提前時間值;采用橋式整流的壓力及流量信號變換電路的作用是固化來自注塑機(jī)控制系統(tǒng)壓力和流量信號的極性，為設(shè)備維護(hù)或元件更換提供方便;信號流向選擇電路的作用是CPU根據(jù)工作方式控制壓力和流量信號的流向;A/D轉(zhuǎn)換電路是將工頻狀態(tài)下壓力和流量信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)大小的數(shù)字信號;PWM波輸出電路作用是CPU根據(jù)采集信號和其工頻狀態(tài)下記憶參數(shù)輸出PWM波提前改變變頻器的輸出頻率;指示電路是實時顯示注塑機(jī)系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

2.2 工作原理

同步器在工頻狀態(tài)下，CPU控制信號流向選擇電路將系統(tǒng)各工藝所需壓力和流量信號送給A/D轉(zhuǎn)換電路，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后傳至CPU加以記憶;在變頻狀態(tài)下，CPU根據(jù)采集到的工藝和時間選擇信號輸出相應(yīng)的PWM脈沖波提前改變變頻器的輸出，當(dāng)下道工藝到來時，停止PWM波的輸出，此時變頻器的輸出恰好達(dá)到系統(tǒng)所需要壓力和流量。同時，CPU控制信號流向選擇電路將來自注塑機(jī)控制系統(tǒng)信號直接傳至變頻器，由此信號控制變頻器的實時輸出。

3 軟件設(shè)計

硬件是控制器的必要組成部分，軟件則是控制器的核心，它決定控制器能否可靠、穩(wěn)定地運行。該同步器的程序并不復(fù)雜，但從編程、維護(hù)方便等角度考慮，在程序設(shè)計上采用模塊化結(jié)構(gòu)，也便于設(shè)計者閱讀和修改。

同步器中主程序主要完成系統(tǒng)參數(shù)的初始化及調(diào)用子程序并不斷循環(huán)執(zhí)行子程序的功能。該同步控制器的初始參數(shù)就是對部分存儲單元清零及中斷有關(guān)寄存器的設(shè)置。子程序主要有變頻器提前切換時間和工作方式檢測子程序、注塑機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的加工工藝信號檢測子程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、狀態(tài)指示子程序等;中斷程序主要是PWM波輸出中斷程序。因篇幅所限，在此只給出同步器的工作流程圖，如圖2所示。

圖2 同步器工作流程圖

4 運行效果

圖3為同步控制器接入注塑機(jī)控制系統(tǒng)運行圖，原控制系統(tǒng)的控制信號直接傳給變頻器，現(xiàn)經(jīng)同步控制器后再傳給變頻器。KM1和KM2為變頻運行接觸器，KM3為工頻運行接觸器，QF為空氣開關(guān)［8－10］。

圖3 注塑機(jī)變頻同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4 變頻器改變輸出產(chǎn)生的沖擊電流

圖4是一臺億利達(dá)E160注塑機(jī)在使用同步控制器前后變頻器改變輸出所產(chǎn)生的沖擊電流，電動機(jī)功率為18.5 kW，生產(chǎn)亞加力透明件，生產(chǎn)周期為14 s，提前時間為1 s。從圖4中可以看出:使用后變頻器在改變輸出時所產(chǎn)生的沖擊電流幅度有很明顯的降低，從而有效地保護(hù)了變頻器，使變頻器容量與系統(tǒng)所需容量相匹配。提前時間越長，沖擊電流降幅越明顯，但必須以各工藝加工時間和保證產(chǎn)品為前提進(jìn)行綜合考慮時間提前量。

5 結(jié)束語

采用變頻同步控制的注塑機(jī)系統(tǒng)降低了變頻器的容量，使變頻器容量與系統(tǒng)所需容量相匹配，減少了系統(tǒng)硬件成本，并有效地保護(hù)了變頻器。該同步器運行穩(wěn)定、可靠，操作簡單方便，值得推廣和應(yīng)用。

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Research and Development of Synchronous Frequency Conversion Controller for Injection Molding Machine

SHI Shouyong1，2
(1.Huai'an College of Information and Technology，Huai'an Jiangsu 223003，China; 2.The Engineering Technology Research and Development Center of Electronic Products Equipment Manufacturing of Jiangsu Province，Huai'an Jiangsu 223003，China)

The traditional process of injection molding requires the frequency converter to quickly switch speed in order to meet the pressure and flow rate that the system needs，and the generated impulse current is absorbed through increasing the capacity of the frequency converter.A synchronous controller was introduced which could change the output of the frequency converter in advance according to the process signal，thus buffer time was provided for its speed changing，and the frequency converter was protected and its capacity was made match with the capacity that the system needs.The composition and working principle of the synchronous controller were illustrated in detail.Practice shows that operation of the synchronization controller is stable，reliable and it effectively reduces the impulse current.

Injection molding machine;Frequency conversion and speed regulation;Synchronous controller

TP23

B

1001－3881(2014)8－133－2

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.042

2013－03－29

淮安市2011年工業(yè)資助項目 (HAGZ2011005)

侍壽永 (1975—)，男，碩士，副教授，工程師，主要研究方向為智能控制。E－mail:shishouyong@126.com。