注塑機變頻同步控制器的研制

侍壽永

(1.淮安信息職業技術學院，江蘇淮安 223003; 2.江蘇省電子產品裝備制造工程技術研究開發中心，江蘇淮安 223003)

注塑機變頻同步控制器的研制

侍壽永1，2

(1.淮安信息職業技術學院，江蘇淮安 223003; 2.江蘇省電子產品裝備制造工程技術研究開發中心，江蘇淮安 223003)

傳統注塑成型過程要求變頻器能迅速切換速度以滿足系統所需壓力和流量，而產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，保護了變頻器并使其容量與系統所需容量相匹配。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:同步控制器運行穩定、可靠，有效地降低了沖擊電流。

注塑機;變頻調速;同步控制器

隨著變頻調速技術的快速發展，變頻器已廣泛應用于各行各業。注塑機的注塑成型過程是一個變負載過程，完成一個循環過程需要液壓電機提供數種壓力和流量，通過實時調節變頻器的輸出頻率來控制電機的轉速，從而達到控制系統壓力和流量，節能效果非常明顯［1－3］。由于注塑機工藝過程切換迅速，變頻器響應較慢，如果人為縮短變頻器轉速變換時間，勢必產生較大的沖擊電流，極易使變頻器受到損壞。目前，幾乎所有注塑機變頻控制系統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置較短，電動機同步轉速則會迅速改變，而其轉子因負載慣性跟不上同步轉速的變化，轉子切割磁力線相對運動速度太大而產生過電流，時間設置越短產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。

同步控制器將系統在工頻工作方式下零件各工藝系統所需壓力、流量及工藝間隔等參數加以記憶;在變頻工作方式下根據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的壓力或流量恰好達到系統所需壓力或流量。提前切換為變頻器的改變輸出提供緩沖時間，使其產生的沖擊電流大大降低，從而保護了變頻器，使變頻器的容量與注塑機系統所需容量相匹配。

2 硬件設計

2.1 硬件組成及作用

根據上述原理，同步控制器的硬件組成設計如圖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控制系統的塑制零件加工工藝信號，經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，根據不同的跳線接法，可實現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控制系統壓力和流量信號的極性，為設備維護或元件更換提供方便;信號流向選擇電路的作用是CPU根據工作方式控制壓力和流量信號的流向;A/D轉換電路是將工頻狀態下壓力和流量信號轉換為相應大小的數字信號;PWM波輸出電路作用是CPU根據采集信號和其工頻狀態下記憶參數輸出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系統的運行狀態。

2.2 工作原理

同步器在工頻狀態下，CPU控制信號流向選擇電路將系統各工藝所需壓力和流量信號送給A/D轉換電路，數據轉換后傳至CPU加以記憶;在變頻狀態下，CPU根據采集到的工藝和時間選擇信號輸出相應的PWM脈沖波提前改變變頻器的輸出，當下道工藝到來時，停止PWM波的輸出，此時變頻器的輸出恰好達到系統所需要壓力和流量。同時，CPU控制信號流向選擇電路將來自注塑機控制系統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、穩定地運行。該同步器的程序并不復雜，但從編程、維護方便等角度考慮，在程序設計上采用模塊化結構，也便于設計者閱讀和修改。

同步器中主程序主要完成系統參數的初始化及調用子程序并不斷循環執行子程序的功能。該同步控制器的初始參數就是對部分存儲單元清零及中斷有關寄存器的設置。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、注塑機系統發出的加工工藝信號檢測子程序、A/D轉換子程序、狀態指示子程序等;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控制系統運行圖，原控制系統的控制信號直接傳給變頻器，現經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［8－10］。

圖3 注塑機變頻同步控制系統結構圖

圖4 變頻器改變輸出產生的沖擊電流

圖4是一臺億利達E160注塑機在使用同步控制器前后變頻器改變輸出所產生的沖擊電流，電動機功率為18.5 kW，生產亞加力透明件，生產周期為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生的沖擊電流幅度有很明顯的降低，從而有效地保護了變頻器，使變頻器容量與系統所需容量相匹配。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品為前提進行綜合考慮時間提前量。

5 結束語

采用變頻同步控制的注塑機系統降低了變頻器的容量，使變頻器容量與系統所需容量相匹配，減少了系統硬件成本，并有效地保護了變頻器。該同步器運行穩定、可靠，操作簡單方便，值得推廣和應用。

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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。