專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制裝置及方法，準(zhǔn)確地說(shuō)是一種用于在不降低注塑機(jī)生產(chǎn)率的前提下消除注塑機(jī)各工藝段切換的速度響應(yīng)延遲時(shí)間實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能的裝置及方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的注塑行業(yè)中，注塑機(jī)通常使用的三相異步交流電機(jī)不能變速，其拖動(dòng)的定量泵輸出液壓油的流量不能改變，注塑機(jī)在進(jìn)行低速動(dòng)作時(shí)，多余的流量經(jīng)溢流閥流回油箱，造成能量的大量損失。
一種改進(jìn)的注塑機(jī)是在其原有設(shè)備的基礎(chǔ)上增加變頻器，以適用不同制作工序?qū)τ诓煌l率的要求。變頻器能根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使定量泵輸出的液壓油的流量可根據(jù)注塑機(jī)動(dòng)作速度要求而改變，減少了液壓油從溢流閥流回油箱的能耗，從而節(jié)省了大量的電能。
變頻器通常通過(guò)采樣注塑機(jī)電腦的流量和壓力輸出電流來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行頻率，但是會(huì)產(chǎn)生注塑機(jī)各工藝段切換的速度響應(yīng)延遲，延長(zhǎng)產(chǎn)品生產(chǎn)周期，因?yàn)樽⑺軝C(jī)加裝變頻器后，主電機(jī)轉(zhuǎn)速隨著注塑機(jī)各工藝段的速度變化而變化，注塑機(jī)工作周期循環(huán)時(shí)間較短，各工藝段的頻繁切換致使主電機(jī)頻繁的處于加減速進(jìn)程中，電機(jī)加減速有一定的響應(yīng)時(shí)間，各工藝段切換的加速響應(yīng)時(shí)間由電機(jī)的加速響應(yīng)時(shí)間決定，一般為幾百毫秒，而加裝變頻器前各工藝段切換的加速響應(yīng)時(shí)間由流量閥響應(yīng)時(shí)間決定，一般為幾十毫秒，導(dǎo)致各工藝段切換的速度響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，使注塑機(jī)生產(chǎn)周期時(shí)間增加，生產(chǎn)效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制裝置及方法，該裝置和方法通過(guò)變頻器在注塑機(jī)生產(chǎn)周期各工藝段之間轉(zhuǎn)換前給出一個(gè)電機(jī)加速的提前量，從而消除在注塑機(jī)工藝段之間切換的速度響應(yīng)時(shí)間延遲，提供了一種比較好的提高生產(chǎn)效率的節(jié)能方法。
具體地說(shuō)，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制方法，其主要的步驟為采集注塑機(jī)的工藝參數(shù)設(shè)置和工作狀態(tài)信號(hào)；根據(jù)輸入的信號(hào)計(jì)算注塑機(jī)當(dāng)前工藝段轉(zhuǎn)下一工藝段的電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)(Sx)；電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)前輸出當(dāng)前工藝段頻率控制信號(hào)值至變頻器，電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)到達(dá)后輸出下一工藝段頻率控制信號(hào)值至變頻器。
上述的從注塑機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)部直接讀取的有關(guān)工藝參數(shù)和工作狀態(tài)信號(hào)包括注塑工藝相關(guān)的壓力、流量設(shè)定參數(shù)，以及注塑機(jī)位置、時(shí)間、限位開(kāi)關(guān)及當(dāng)前所處的工藝段標(biāo)志，以及變頻器的運(yùn)行參數(shù)。
并且，上述的注塑機(jī)當(dāng)前工藝段轉(zhuǎn)下一工藝段的電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)(Sx)是指在注塑機(jī)生產(chǎn)周期各工藝段之間轉(zhuǎn)換時(shí)，如果下一工藝段頻率高于當(dāng)前工藝段頻率時(shí)，中央處理單元提前向變頻器提前輸出下一工藝段的頻率，提前加速時(shí)間點(diǎn)(Sx)，可以使用下列公式進(jìn)行計(jì)算Sx＝Tx-TQx式中Tx為當(dāng)前工藝段時(shí)間，TQx為提前加速時(shí)間，電機(jī)提前加速時(shí)間(TQx)的方法如下式TQx＝(Ax*Fx+1-Bx*Fx)/(Cx*Fmax)*DT+T0其中，Ax、Bx、Cx為當(dāng)前工藝段事先設(shè)定的參數(shù)，其取值范圍滿(mǎn)足Ax＞＝0，Bx＞＝0，Cx＞0；Fx為當(dāng)前工藝段頻率控制信號(hào)值，F(xiàn)x+1為下一工藝段頻率控制信號(hào)值，F(xiàn)max為注塑機(jī)使用變頻器時(shí)電機(jī)的最大工作頻率對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)值(一般為市電頻率50Hz)，DT為經(jīng)驗(yàn)值，取值范圍為0～10s，推薦值為電機(jī)由零加速到最大工作頻率所需的時(shí)間，T0為經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值，范圍為0～1s，電機(jī)慣量大小的修正值。
電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)前輸出當(dāng)前工藝段頻率控制信號(hào)值至變頻器，電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)到達(dá)后輸出下一工藝段頻率控制信號(hào)值至變頻器。
工藝段之間切換時(shí)，電機(jī)應(yīng)工作在能夠滿(mǎn)足當(dāng)前工況所需流量的較高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，對(duì)于電機(jī)從高轉(zhuǎn)速向低轉(zhuǎn)速變化的工藝段，不需要電機(jī)提前加速；對(duì)于電機(jī)從低轉(zhuǎn)速向高轉(zhuǎn)速變化的工藝段，根據(jù)計(jì)算出的提前時(shí)間提升輸出頻率，以避免時(shí)間延遲，保證整個(gè)注塑過(guò)程的周期不變。
一種提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制裝置，包括原有注塑機(jī)控制系統(tǒng)部分、變頻器信號(hào)控制接口部分，所述的原有注塑機(jī)控制系統(tǒng)部分是指沒(méi)有獨(dú)立的變頻器控制信號(hào)接口部分的注塑機(jī)控制系統(tǒng)。
所述的變頻器信號(hào)控制接口部分可以是模擬電壓輸出接口、也可以是模擬電流輸出接口，還可以是串行通信接口。
變頻器信號(hào)控制接口是模擬電壓輸出接口時(shí)，中央處理單元連接有D/A轉(zhuǎn)換器、模擬電壓放大器，變頻器控制信號(hào)電壓模擬量輸出端口與變頻器電壓模擬輸入端口連接。
變頻器信號(hào)控制接口是模擬電流輸出接口時(shí)，中央處理單元連接有D/A轉(zhuǎn)換器、放大器、電壓電流轉(zhuǎn)換電路，變頻器控制信號(hào)電流模擬量輸出端口與變頻器的電流模擬輸入端口連接，控制信號(hào)電流模擬量輸出是不同于注塑機(jī)壓力、流量的另一種比例信號(hào)輸出。
變頻器信號(hào)控制接口是串行通信端口時(shí)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS-422、RS-485、RS-232等各種串行通信接口與變頻器的串行通信端口連接。
由于在注塑機(jī)的變頻器節(jié)能改造中使用了本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的提前加速，消除了變頻器對(duì)注塑生產(chǎn)效率下降的影響；保證注塑工藝所需的快速響應(yīng)能力，在使用變頻器節(jié)能的前提下，保證了注塑的工藝要求及生產(chǎn)效率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施的控制流程圖，圖3為本發(fā)明實(shí)施的各工藝段測(cè)量時(shí)間流程4為本發(fā)明實(shí)施的主要部件連接圖，圖5為本發(fā)明實(shí)施的時(shí)間對(duì)比圖，圖6為本發(fā)明實(shí)施的采用串行接口時(shí)的電路圖，圖7為本發(fā)明實(shí)施的變頻器采用模擬電壓輸入端口時(shí)信號(hào)傳輸?shù)氖疽鈭D，圖8為本發(fā)明實(shí)施的變頻器采用模擬電流輸入端口時(shí)信號(hào)傳輸?shù)氖疽鈭D，具體實(shí)施方式
參照附圖，本發(fā)明實(shí)施的基本結(jié)構(gòu)是采用圖1所示方式連接的，其余部分于現(xiàn)有的注塑機(jī)相同，在此不再詳細(xì)描述。
從圖1中看出，注塑機(jī)的控制系統(tǒng)連接變頻器，并處理由注塑機(jī)各驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)單元所輸入的信號(hào)，這些信號(hào)包括注塑工藝相關(guān)的壓力、流量設(shè)定參數(shù)，以及注塑機(jī)位置、時(shí)間、限位開(kāi)關(guān)及當(dāng)前所處的工藝段標(biāo)志，以及變頻器的運(yùn)行參數(shù)。
信號(hào)的檢測(cè)和處理包括變頻器又連接電機(jī)和油泵，電機(jī)在不同工藝段的運(yùn)行頻率是不完全一致的，當(dāng)其下一工藝段的運(yùn)行頻率低于現(xiàn)在的工藝段時(shí)，變頻器的中央處理器發(fā)出指令，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使油泵輸出的液壓油的流量可根據(jù)注塑機(jī)動(dòng)作速度要求而改變，減少了液壓油從溢流閥流回油箱的能耗，從而達(dá)到節(jié)能。
當(dāng)下一工藝段電機(jī)的運(yùn)行頻率控制信號(hào)值小于現(xiàn)有工藝段的運(yùn)行頻率控制信號(hào)值時(shí)，電機(jī)維持其運(yùn)行頻率不變；但是當(dāng)下一工藝段電機(jī)的運(yùn)行頻率控制信號(hào)值高于現(xiàn)有工藝段的運(yùn)行頻率控制信號(hào)值時(shí)，變頻器要指令電機(jī)加速，此時(shí)中央處理器要對(duì)變頻器的輸出頻率控制信號(hào)值進(jìn)行運(yùn)算，并相應(yīng)地使其控制電機(jī)提前加速，具體的方式如圖2所描述的，下一步進(jìn)行詳細(xì)描述。
一般情況下注塑機(jī)構(gòu)成的主要器件及其連接關(guān)系、信號(hào)走向如圖4所示，注塑機(jī)的控制系統(tǒng)主要由中央處理器和顯示器與鍵盤(pán)構(gòu)成，它是注塑機(jī)的核心控制部分，主要控制注塑機(jī)的開(kāi)關(guān)量、料筒、電子尺、壓力及流量，控制的方式是在注塑流程開(kāi)始前，預(yù)先設(shè)置該注塑流程的要求和主要工藝參數(shù)，包括產(chǎn)品的性能、質(zhì)量參數(shù)，中央處理器會(huì)根據(jù)注塑流程自動(dòng)運(yùn)算各個(gè)工藝段時(shí)間，電機(jī)轉(zhuǎn)速、流量、壓力等工藝參數(shù)，并按照工藝段向注塑機(jī)各個(gè)器件輸出指令，控制整個(gè)注塑流程；對(duì)于其連接的變頻器，通常是中央處理器將收集的各種工藝參數(shù)和信號(hào)(一般是通過(guò)模擬信號(hào)傳輸?shù)?進(jìn)行運(yùn)算處理，計(jì)算出各個(gè)工藝段的電機(jī)運(yùn)行頻率控制信號(hào)值，并將頻率控制信號(hào)值輸入到變頻器，由其控制電機(jī)的運(yùn)行速度。中央處理器與變頻器之間通常是模擬實(shí)施時(shí)，給中央處理器和變頻器之間設(shè)置了通訊接口，該通訊接口可以是多種模式的接口方式，以適應(yīng)多種信號(hào)的傳遞；譬如中央處理器輸出端口是模擬電壓輸出端口時(shí)，中央處理器向變頻器輸出的是模擬電壓，變頻器的通訊端口(又稱(chēng)為信號(hào)控制接口裝置)包括有D/A轉(zhuǎn)換器、放大器，變頻器本身具有的輸入端口也是電壓模擬輸入端口(此時(shí)可將該電壓模擬輸入端口看做是信號(hào)控制接口裝置的一部分)，輸出的電壓模擬量，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器、放大器電路連接到變頻器的電壓模擬輸入端口輸入到變頻器(圖7所示)。
在其它的實(shí)施方式中，模擬電壓端口也可設(shè)置成模擬電流端口(圖8所示)，或者是串行通訊端口(圖6所示)，串行通訊端口的設(shè)置往往能夠大大降低接口電路的復(fù)雜程度，而且其輸出數(shù)據(jù)為數(shù)字模式，便于準(zhǔn)確地傳輸，避免干擾。常用的串行端口為標(biāo)準(zhǔn)RS-422、RS-485、RS-232等各種串行通信接口。
注塑機(jī)控制系統(tǒng)，其構(gòu)成核心是中央處理器(CPU)，該控制系統(tǒng)并設(shè)有變頻器的參數(shù)設(shè)定頁(yè)面，操作者可通過(guò)該頁(yè)面輸入變頻器的運(yùn)行參數(shù)。在注塑機(jī)工作過(guò)程中，注塑機(jī)控制系統(tǒng)可將當(dāng)前注塑機(jī)動(dòng)作的流量與壓力值按用戶(hù)設(shè)定的調(diào)整系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確定各個(gè)工藝段及時(shí)間，計(jì)算變頻器的輸出頻率并控制其輸出過(guò)程，確定提前加速工藝段、提前加速時(shí)間和提前加速時(shí)間點(diǎn)，并控制其輸出，與大多數(shù)設(shè)備控制系統(tǒng)一樣，其是運(yùn)算與控制注塑機(jī)工作的核心。
注塑機(jī)工藝的具體流程如圖2所示。
首先是設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，在注塑機(jī)電腦的工藝參數(shù)設(shè)定頁(yè)面中，該頁(yè)面通過(guò)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的顯示器顯示處理，輸入?yún)?shù)則通過(guò)鍵盤(pán)輸入；對(duì)于特定產(chǎn)品的注塑工藝，其是按照最終產(chǎn)品的要求和性能，通過(guò)現(xiàn)有的固定程序運(yùn)算處理的，在啟動(dòng)注塑機(jī)后，現(xiàn)有的注塑機(jī)控制系統(tǒng)的中央處理器能夠根據(jù)要求自動(dòng)運(yùn)算出來(lái)，在此不做描述。其實(shí)際的注塑生產(chǎn)流程為1、注塑機(jī)控制系統(tǒng)采集注塑機(jī)的工藝參數(shù)設(shè)置和工作狀態(tài)信號(hào)；有關(guān)工藝參數(shù)和工作狀態(tài)信號(hào)包括注塑工藝相關(guān)的壓力、流量設(shè)定參數(shù)，以及注塑機(jī)位置、時(shí)間、限位開(kāi)關(guān)及當(dāng)前所處的工藝段標(biāo)志，以及變頻器的運(yùn)行參數(shù)，這些參數(shù)和信號(hào)作為下一步運(yùn)算運(yùn)行時(shí)間、頻率的基礎(chǔ)；2、確定注塑流程的起始點(diǎn)，明確注塑流程從何時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，工藝段從何時(shí)開(kāi)始；3、中央處理器根據(jù)上述的輸入信號(hào)計(jì)算確定各工藝段的運(yùn)行時(shí)間(Tx)；4、再根據(jù)上述的條件計(jì)算各工藝段的電機(jī)運(yùn)行頻率控制信號(hào)值(Fx)；5、計(jì)算完畢后，中央處理器將上述的計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)于注塑機(jī)控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，便于隨時(shí)讀?。?、啟動(dòng)注塑流程后，第一個(gè)工藝段加工開(kāi)始；中央處理器就會(huì)自動(dòng)從存儲(chǔ)器中讀取下一工藝段的電機(jī)運(yùn)行頻率，為下一步電機(jī)的運(yùn)行做事先的判斷；7、判斷過(guò)程包括檢測(cè)現(xiàn)在工藝段的電機(jī)頻率控制信號(hào)值，并與所存儲(chǔ)的下一個(gè)工藝段電機(jī)的運(yùn)行頻率控制信號(hào)值進(jìn)行對(duì)比，確定當(dāng)前頻率控制信號(hào)值是否小于等于下一工藝段頻率控制信號(hào)值；8、如果當(dāng)前頻率控制信號(hào)值小于下一工藝段頻率控制信號(hào)值，則進(jìn)行計(jì)算電機(jī)提前啟動(dòng)的時(shí)間；該提前啟動(dòng)的時(shí)間包括電機(jī)加速提前時(shí)間和加速提前時(shí)間點(diǎn)，即什么時(shí)間、提前多少時(shí)間對(duì)電機(jī)進(jìn)行加速。
具體的計(jì)算方式為電機(jī)提前加速時(shí)間(TQx)的計(jì)算方法如下式TQx＝(Ax*Fx+1-Bx*Fx)/(Cx*Fmax)*DT+T0其中，Ax、Bx、Cx為當(dāng)前工藝段事先設(shè)定的參數(shù)，其取值范圍滿(mǎn)足Ax＞＝0，Bx＞＝0，Cx＞0；Fx為當(dāng)前工藝段頻率控制信號(hào)值，F(xiàn)x+1為下一工藝段頻率控制信號(hào)值，F(xiàn)max為注塑機(jī)使用變頻器時(shí)電機(jī)的最大工作頻率對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)值(一般為市電頻率50Hz)，DT為經(jīng)驗(yàn)值，取值范圍為0～10s，推薦值為電機(jī)由零加速到最大工作頻率所需的時(shí)間，T0為經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值，范圍為0～1s，電機(jī)慣量大小的修正值；計(jì)算注塑機(jī)當(dāng)前工藝段轉(zhuǎn)下一工藝段的電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)(Sx)，可以使用下列公式計(jì)算Sx＝Tx-TQx；對(duì)于當(dāng)前頻率控制信號(hào)值大于下一工藝段的頻率控制信號(hào)值，即上述的邏輯判斷為否的狀態(tài)，注塑機(jī)的控制系統(tǒng)將其作為提前加速時(shí)間為零的狀態(tài)運(yùn)行(再進(jìn)一步限定，可限定其提前加速時(shí)間點(diǎn)也為零)。
9、隨時(shí)判斷是否到提前加速時(shí)間點(diǎn)；10、如到上述的提前加速時(shí)間點(diǎn)，則注塑機(jī)按照提前加速時(shí)間輸出下一工藝段頻率信號(hào)，使變頻器按照指定時(shí)間提前按照下一工藝段電機(jī)運(yùn)行頻率(Fx)對(duì)電機(jī)進(jìn)行加速；如果沒(méi)有到提前加速時(shí)間點(diǎn)，則控制系統(tǒng)輸出當(dāng)前工藝段的頻率信號(hào)，繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前的操作；直到到提前加速時(shí)間點(diǎn)。
對(duì)于電機(jī)從低轉(zhuǎn)速工藝段向高轉(zhuǎn)速工藝段切換，都需要在當(dāng)前工藝段結(jié)束前提前輸出下一工藝段的頻率，實(shí)現(xiàn)提前加速電機(jī)，以能消除加速延遲時(shí)間，保證整個(gè)注塑過(guò)程的周期不變。
變頻器的控制，可以從圖2中體現(xiàn)出來(lái)，變頻器接收注塑機(jī)中央處理器發(fā)出的控制指令……頻率輸入信號(hào)，再控制電機(jī)按照頻率運(yùn)行。
提前加速的詳細(xì)的控制步驟為1)用戶(hù)首先在控制系統(tǒng)上通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置變頻器運(yùn)行參數(shù)、提前加速參數(shù)，當(dāng)然這兩個(gè)參數(shù)的設(shè)定是根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況確定的；2)確定注塑起始點(diǎn)后，注塑機(jī)按照預(yù)定的注塑流程，開(kāi)始自動(dòng)控制整個(gè)注塑過(guò)程；3)注塑機(jī)的中央處理器計(jì)算各個(gè)工藝段的電機(jī)運(yùn)行頻率控制信號(hào)值(以下簡(jiǎn)稱(chēng)頻率)；4)進(jìn)行邏輯判斷，判斷下一工藝段頻率是否高于當(dāng)前頻率；若下一工藝段頻率不高于當(dāng)前頻率，則控制系統(tǒng)繼續(xù)輸出當(dāng)前頻率信號(hào)給變頻器，控制電機(jī)運(yùn)行；若下一工藝段頻率高于當(dāng)前頻率，則需要對(duì)電機(jī)提前加速；5)計(jì)算提前加速時(shí)間及提前加速時(shí)間點(diǎn)，提前加速時(shí)間是按照下式計(jì)算的TQx＝(Ax*Fx+1-Bx*Fx)/(Cx*Fmax)*DT+T0其中，Ax、Bx、Cx為當(dāng)前工藝段事先設(shè)定的參數(shù)，其取值范圍滿(mǎn)足Ax＞＝0，Bx＞＝0，Cx＞0；Fx為當(dāng)前工藝段頻率控制信號(hào)值，F(xiàn)x+1為下一工藝段頻率控制信號(hào)值，F(xiàn)max為注塑機(jī)使用變頻器時(shí)電機(jī)的最大工作頻率對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)值(一般為市電頻率50Hz)，DT為經(jīng)驗(yàn)值，取值范圍為0～10s，推薦值為電機(jī)由零加速到最大工作頻率所需的時(shí)間，T0為經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值，范圍為0～1s，電機(jī)慣量大小的修正值；提前加速時(shí)間點(diǎn)則是按照下式計(jì)算的Sx＝Tx-TQx；6)判斷提前加速時(shí)間點(diǎn)是否到，如果到則控制系統(tǒng)向變頻器輸出下一工藝段頻率信號(hào)，如未到則仍然輸出當(dāng)前頻率信號(hào)，直到提前加速時(shí)間點(diǎn)到為止。
需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，對(duì)于各個(gè)工藝段，在整個(gè)的注塑流程過(guò)程中它們之間的銜接是通過(guò)設(shè)置工藝段標(biāo)志來(lái)識(shí)別和確認(rèn)的，一個(gè)工藝開(kāi)始時(shí)，注塑機(jī)控制系統(tǒng)就讀取當(dāng)前工藝段的標(biāo)志及時(shí)間長(zhǎng)度，以識(shí)別不同的工藝段，并進(jìn)行計(jì)時(shí)，到該工藝段需要切換時(shí)，則設(shè)置切換時(shí)間點(diǎn)，或者通過(guò)設(shè)置位置點(diǎn)(即類(lèi)似工藝段標(biāo)志的形式)，或者通過(guò)工藝段的時(shí)間長(zhǎng)度確定是否需要進(jìn)行工藝切換，如果是則控制系統(tǒng)記錄該工藝段時(shí)間，并讀取下一工藝的參數(shù)，開(kāi)始下一工藝段計(jì)時(shí)；如果沒(méi)有到下一工藝段切換時(shí)，則繼續(xù)執(zhí)行該工藝段，并繼續(xù)對(duì)當(dāng)前工藝進(jìn)行計(jì)時(shí)。
在注塑機(jī)的注塑流程及提前加速時(shí)間的計(jì)算過(guò)程中，都涉及一個(gè)非常重要的參數(shù)-----電機(jī)運(yùn)行頻率的計(jì)算及其輸出控制，該頻率是根據(jù)變頻器的特性及注塑流程的需要確定的。
電機(jī)運(yùn)行頻率取決于其注塑流程和與之相關(guān)的變頻器及油泵，所以這幾個(gè)相關(guān)的設(shè)置是影響頻率計(jì)算的關(guān)鍵，計(jì)算的步驟為a、先設(shè)置變頻器和油泵參數(shù)；變頻器的參數(shù)包括其本身最大、最小調(diào)頻幅度，即其控制的最大頻率和最小頻率；油泵參數(shù)則包括其流量設(shè)置及最大流量；b、再計(jì)算流量系數(shù)；該系數(shù)的計(jì)算公式K＝(Fmax-F0)/QmaxQmax為注塑機(jī)油泵輸出的最大油量設(shè)定，取值為100％；c、有了流量系數(shù)，就可以計(jì)算頻率了，變頻器的對(duì)應(yīng)輸出頻率是由下式確定的Fset＝K*Qx+F0式中，F(xiàn)set為當(dāng)前注塑工藝段的變頻器運(yùn)行頻率，F(xiàn)0為附加頻率，與油泵選擇有關(guān)，取值范圍0～50Hz。Qx為當(dāng)前注塑工藝段設(shè)定流量，取值范圍0～100％；d、頻率輸出判斷(判斷不同工藝段，以進(jìn)行輸出頻率區(qū)分)；頻率輸出先要判斷是哪個(gè)工藝段，然后再確定對(duì)應(yīng)輸出的頻率。例如如果是冷卻工藝段，因不需要電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其頻率輸出為零；如果是再循環(huán)工藝段，則還要進(jìn)行判斷，看Fset是否大于Fmin，如果大于，輸出的是上述的計(jì)算頻率，如果不大于，則取Fset＝Fmin，輸出時(shí)取最小頻率。
這樣整個(gè)計(jì)算過(guò)程完成。
所以在本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程中，注塑流程和工藝參數(shù)的設(shè)置、電機(jī)輸出頻率的確定、提前加速時(shí)間及時(shí)間點(diǎn)的確定都是決定一個(gè)注塑流程提高生產(chǎn)效率、降低能耗的主要步驟，其中發(fā)明點(diǎn)和最關(guān)鍵的步驟是提前加速時(shí)間及時(shí)間點(diǎn)的確定，該步驟能夠保證注塑過(guò)程中生產(chǎn)周期不變，從而達(dá)到降低能耗、提高效率的目的。
從效果上對(duì)比，一種方式是對(duì)比時(shí)間控制圖，提前加速的效果參見(jiàn)圖5，圖中所示未加變頻器、加裝變頻器及加裝變頻器并采用本發(fā)明的幾種開(kāi)模速度曲線(xiàn)的比較。不使用變頻器的注塑機(jī)工作時(shí)電機(jī)一直處于工頻狀態(tài)運(yùn)行，開(kāi)模動(dòng)作的速度響應(yīng)取決于油閥的比例閥響應(yīng)；使用變頻器的注塑機(jī)在冷卻轉(zhuǎn)開(kāi)模動(dòng)作時(shí)，由于電機(jī)的速度響應(yīng)有一定的滯后時(shí)間，使得開(kāi)模動(dòng)作速度減慢。而使用本發(fā)明的注塑機(jī)控制系統(tǒng)后，注塑機(jī)在冷卻轉(zhuǎn)開(kāi)模動(dòng)作前已經(jīng)給變頻器輸出了一個(gè)提前加速度時(shí)間，使開(kāi)模速度與未使用變頻器的開(kāi)模速度一致，從而達(dá)到了不降低生產(chǎn)效率的前提下節(jié)能的目的。
例如現(xiàn)有通用注塑動(dòng)作流程與時(shí)間為鎖模(1s)--射臺(tái)進(jìn)(2s)--射膠(7s)--保壓(5s)--前抽膠(1s)--熔膠(5s)--后抽膠(1s)--射臺(tái)進(jìn)(2s)--冷卻(3s)--開(kāi)模(1s)--頂針(1s)--再循環(huán)(4s)，在冷卻與再循環(huán)動(dòng)作，電機(jī)處于停止。如果在下一動(dòng)作到來(lái)時(shí)再啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)油泵從靜止開(kāi)始加速，勢(shì)必造成鎖模與開(kāi)模的延時(shí)。而使用提前加速方案，例如計(jì)算出提前加速時(shí)間為0.5s，則在冷卻計(jì)時(shí)2.5s和再循環(huán)計(jì)時(shí)3.5s后，控制電腦提前輸出頻率，在0.5s的時(shí)間內(nèi)，電機(jī)已由零加速到滿(mǎn)足鎖模與開(kāi)模所需要的轉(zhuǎn)速，此時(shí)進(jìn)行鎖模、開(kāi)模動(dòng)作便不會(huì)再有延遲。
另一個(gè)對(duì)比方式是具體應(yīng)用效果的對(duì)比。應(yīng)用本發(fā)明后，生產(chǎn)中具體的測(cè)試效果為當(dāng)采用了本發(fā)明所述的方法和裝置，并且當(dāng)，T0＝0.2S、F0＝10Hz、Fmax＝50Hz、Fmin＝20Hz、DT＝0.5S，由1秒變成0秒)。注塑機(jī)工作周期為9S。而未采用本發(fā)明實(shí)施的方法和裝置的時(shí)候，即僅當(dāng)注塑機(jī)只簡(jiǎn)單的加上變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的時(shí)候，注塑機(jī)的工作周期為9.5S，節(jié)能5-10％。實(shí)驗(yàn)證明，該注塑工廠(chǎng)生產(chǎn)能力也由只采用變頻器的一天產(chǎn)量5000個(gè)注塑件產(chǎn)品，到采用本發(fā)明實(shí)施的方法和裝置后增加為6000個(gè)，生產(chǎn)效率提高了20％。
以上所示，僅僅為本發(fā)明實(shí)施的幾個(gè)具體的實(shí)施方式，并不代表本發(fā)明實(shí)施的所有方式，凡是復(fù)合本發(fā)明進(jìn)行提前加速電機(jī)控制的方法及裝置，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制方法，其特征在于主要的步驟為采集注塑機(jī)的工藝參數(shù)設(shè)置和工作狀態(tài)信號(hào)；根據(jù)輸入的信號(hào)計(jì)算注塑機(jī)當(dāng)前工藝段轉(zhuǎn)下一工藝段的電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)(Sx)；電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)前輸出當(dāng)前工藝段頻率控制信號(hào)值至變頻器，電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)到達(dá)后輸出下一工藝段頻率控制信號(hào)值至變頻器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制方法，其特征在于從注塑機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)部直接讀取的有關(guān)工藝參數(shù)和工作狀態(tài)信號(hào)包括注塑工藝相關(guān)的壓力、流量設(shè)定參數(shù)，以及注塑機(jī)位置、時(shí)間、限位開(kāi)關(guān)及當(dāng)前所處的工藝段標(biāo)志，以及變頻器的運(yùn)行參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制方法，其特征在于注塑機(jī)當(dāng)前工藝段轉(zhuǎn)下一工藝段的電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)(Sx)是指在注塑機(jī)生產(chǎn)周期各工藝段之間轉(zhuǎn)換時(shí)，如果下一工藝段頻率高于當(dāng)前工藝段頻率時(shí)，中央處理單元提前向變頻器提前輸出下一工藝段的頻率，提前加速時(shí)間點(diǎn)(Sx)，可以使用下列公式進(jìn)行計(jì)算Sx＝Tx-TQx式中Tx為當(dāng)前工藝段時(shí)間，TQx為提前加速時(shí)間，電機(jī)提前加速時(shí)間(TQx)的方法如下式TQx＝(Ax*Fx+1-Bx*Fx)/(Cx*Fmax)*DT+T0其中，Ax、Bx、Cx為當(dāng)前工藝段事先設(shè)定的參數(shù)，其取值范圍滿(mǎn)足Ax＞＝0，Bx＞＝0，Cx＞0；Fx為當(dāng)前工藝段頻率控制信號(hào)值，F(xiàn)x+1為下一工藝段頻率控制信號(hào)值，F(xiàn)max為注塑機(jī)使用變頻器時(shí)電機(jī)的最大工作頻率對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)值(一般為市電頻率50Hz)，DT為經(jīng)驗(yàn)值，取值范圍為0～10s，推薦值為電機(jī)由零加速到最大工作頻率所需的時(shí)間，T0為經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值，范圍為0～1s，電機(jī)慣量大小的修正值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制方法，其特征在于工藝段之間切換時(shí)，電機(jī)應(yīng)工作在能夠滿(mǎn)足當(dāng)前工況所需流量的較高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，對(duì)于電機(jī)從高轉(zhuǎn)速向低轉(zhuǎn)速變化的工藝段，不需要電機(jī)提前加速；對(duì)于電機(jī)從低轉(zhuǎn)速向高轉(zhuǎn)速變化的工藝段，根據(jù)計(jì)算出的提前時(shí)間提升輸出頻率。
5.一種提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制裝置，其特征在于該裝置包括原有注塑機(jī)控制系統(tǒng)部分、變頻器信號(hào)控制接口部分，所述的原有注塑機(jī)控制系統(tǒng)部分是指沒(méi)有獨(dú)立的變頻器控制信號(hào)接口部分的注塑機(jī)控制系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制裝置，其特征在于變頻器信號(hào)控制接口部分可以是模擬電壓輸出接口、也可以是模擬電流輸出接口，還可以是串行通信接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制裝置，其特征在于變頻器信號(hào)控制接口是模擬電壓輸出接口時(shí)，中央處理單元連接有D/A轉(zhuǎn)換器、模擬電壓放大器，變頻器控制信號(hào)電壓模擬量輸出端口與變頻器電壓模擬輸入端口連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制裝置，其特征在于變頻器信號(hào)控制接口是模擬電流輸出接口時(shí)，中央處理單元連接有D/A轉(zhuǎn)換器、放大器、電壓電流轉(zhuǎn)換電路，變頻器控制信號(hào)電流模擬量輸出端口與變頻器的電流模擬輸入端口連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制裝置，其特征在于變頻器信號(hào)控制接口是串行通信端口時(shí)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS-422、RS-485、RS-232等各種串行通信接口與變頻器的串行通信端口連接。
全文摘要
本發(fā)明是一種提高應(yīng)用變頻器的注塑機(jī)生產(chǎn)效率的控制裝置及方法，該裝置和方法主要的特點(diǎn)是根據(jù)注塑機(jī)的工藝參數(shù)設(shè)置和工作狀態(tài)信號(hào)；計(jì)算注塑機(jī)當(dāng)前工藝段轉(zhuǎn)下一工藝段的電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)，并在電機(jī)提前加速時(shí)間點(diǎn)到達(dá)后輸出下一工藝段頻率控制信號(hào)值至變頻器。通過(guò)變頻器在注塑機(jī)生產(chǎn)周期各工藝段之間轉(zhuǎn)換前給出一個(gè)電機(jī)加速的提前量，從而消除在注塑機(jī)工藝段之間切換的速度響應(yīng)時(shí)間延遲，提供了一種比較好的提高生產(chǎn)效率的節(jié)能方法。
文檔編號(hào)B29C45/76GK1597298SQ20041002776
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者方志群, 孫毅 申請(qǐng)人:深圳市珊星電腦有限公司