專利名稱：一種用于注塑機料筒的變功率加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種加熱裝置，特別是涉及一種用于注塑機料筒的變功率加熱裝置。
背景技術(shù)：
注塑機料桶的溫度控制精度是注塑機一個重要的技術(shù)指標(biāo)。料桶的溫度控制精度 直接影響塑料制品的質(zhì)量，尤其是對于精密注塑制品。高端注塑機電腦控制器的特點之一 是高精度和高可靠性的溫度控制。目前，現(xiàn)有的注塑機加熱裝置都是由220V交流電源通過 繼電器_接觸器給電阻加熱元件供電，當(dāng)傳感器檢測到注塑機料桶的溫度信號小于設(shè)定值 時，繼電器導(dǎo)通，當(dāng)大于設(shè)定值時，繼電器斷開，該方法的缺點是只能實現(xiàn)全功率加熱，溫 度波動大，繼電器接觸器通斷頻繁。此外，料筒各段之間溫度相互耦合作用較強，尤其是相鄰段之間，全功率加熱容易 使溫度過沖，難以保證溫度控制精度。針對該問題，也有一些加熱裝置實現(xiàn)了變功率加熱，通過在加熱器的交流供電電 路里設(shè)置交流調(diào)壓電路，這里交流調(diào)壓電路是通過可控硅調(diào)壓電路實現(xiàn)的，并且可控硅調(diào) 壓電路中可控硅的控制極電路里接有可調(diào)電阻，通過改變可調(diào)電阻來改變可控硅的控制 角，實現(xiàn)模擬式調(diào)壓變功率加熱。這種加熱裝置能在一定程度上減少溫度過沖，提高料筒溫 度控制精度。但它采用手動可調(diào)電阻，而工控機的控制算法不能直接改變可調(diào)電阻阻值從 而改變可控硅的控制角，因此該方法不能實現(xiàn)工控機軟件和硬件電路相結(jié)合的全自動變功 率加熱。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種用于注塑機料筒 的變功率加熱裝置，該裝置使電路結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化，實現(xiàn)了注塑機料筒溫度自動控制，減少 了加熱時溫度的過沖，提高了溫控精度。本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該用于注塑機料筒的變功率 加熱裝置，包括給注塑機料筒加熱的加熱器，用于控制所述加熱器加熱功率的加熱控制電 路，其特征在于所述加熱控制電路包括用于測量注塑機料筒的筒身溫度的溫度傳感器；可控硅驅(qū)動電路，該可控硅驅(qū)動電路的電源輸入端與市電交流電連接，輸出端與 加熱器連接，用于控制加熱器加熱功率的加熱功率；交流電過零檢測電路，該交流電過零檢測電路的電源輸入端也與市電交流電連 接，用于檢測市電交流電的電壓過零點；數(shù)據(jù)采集卡，交流電過零檢測電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的第一 A/D端口連接， 溫度傳感器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的第二 A/D端口連接；數(shù)據(jù)采集卡的第三A/D端口與遠(yuǎn) 程工控機相連；可控硅驅(qū)動電路的觸發(fā)信號輸入端則與數(shù)據(jù)采集卡的D/A端口連接。[0011]作為改進(jìn)，所述可控硅驅(qū)動電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第 六電阻、發(fā)光二極管、光電耦合器、三極管、雙向可控硅、第一電容、第二電容、第一變壓器、 電橋，其中市電交流電與第一變壓器的初級線圈兩端相連，第一變壓器次級線圈兩端與電 橋的第一管腳和第三管腳相連；電橋的第二管腳與雙向可控硅的第一端相連，雙向可控硅 的第一端同時還與市電交流電的火線相連；電橋的第四管腳與第一電容的負(fù)極相連，第一 電容的正極與雙向可控硅的第一端相連；第二電容的第一端與雙向可控硅的第一端相連， 第二電容的第二端與第六電阻的第一端相連，第六電阻的第二端與雙向可控硅的第二端相 連；所述加熱器的第一端與雙向可控硅的第二端相連，所述加熱器的第二端與市電交流電 的零線相連；雙向可控硅的控制端與第四電阻的第一端相連，第四電阻的第二端與三極管 的集電極相連；三極管的發(fā)射極與電橋的第四管腳相連，三極管的基極與集電極連接光電 耦合器的接收端；第三電阻連接在三極管的基極與發(fā)射極之間；第一電阻和第二電阻的第 一端均與數(shù)據(jù)采集卡的D/A端口連接，第一電阻的第二端與發(fā)光二極管的負(fù)極相連，發(fā)光 二極管的正極與光電耦合器發(fā)射極的正極相連；第二電阻的第二端與與光電耦合器發(fā)射極 的負(fù)極相連。再改進(jìn)，所述交流電過零檢測電路包括第二變壓器、第一整流二極管、第二整流二 極管、第二十六電阻、第二十七電阻、運算放大器、三極管，其中數(shù)據(jù)采集卡的第一 A/D端口 與三極管的集電極相連，三極管的發(fā)射極接地；三極管的基極與運算放大器的輸出端相連； 市電交流電與第二變壓器的初級線圈兩端相連，第二變壓器次級線圈兩端分別連接第一整 流二極管、第二整流二極管的正極，第一整流二極管、第二整流二極管的負(fù)極均與第二十七 電阻的第一端相連，第二十七電阻的第二端與運算放大器的反相輸入端，運算放大器的同 相輸入端接地。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于1、本實用新型可用于對溫度精度要求較高的注塑機，可以使注塑機料筒實現(xiàn)獨自 的全自動數(shù)字式變功率加熱，提高注塑機料筒溫控精度，減少料筒加熱時電能的損耗，可以 降低因溫度影響而導(dǎo)致的次品率，提高注塑生產(chǎn)效率。2、本實用新型采用雙向可控硅替代原有加熱裝置的繼電器，實現(xiàn)無觸點開關(guān)控 制，延長了加熱裝置的實用壽命。

圖1為本實用新型實施例總體設(shè)計框圖；圖2為本實用新型實施例中交流電過零檢測電路原理圖；圖3為本實用新型實施例中交流電過零檢測電路的過零點檢測程序框圖；圖4為本實用新型實施例中料筒分段加熱及溫度檢測示意圖；圖5為本實用新型實施例中可控硅驅(qū)動電路的原理圖；圖6為本實用新型實施例加熱器的功率調(diào)整程序框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示的用于注塑機料筒的變功率加熱裝置，采用4個加熱器分別給注塑機料筒的固體輸送段、熔融加熱段、保溫段和擠出段的進(jìn)行加熱，每個加熱器的外圍都配置有 一個加熱控制電路，加熱控制電路則包括溫度傳感器、可控硅驅(qū)動電路、交流電過零檢測電 路、數(shù)據(jù)采集卡和工控機；這里溫度傳感器采用WRK7-202型的熱電偶，測量范圍0 400°C ； 數(shù)據(jù)采集卡采用PCI7483型號的數(shù)據(jù)采集卡。交流電過零檢測電路包括第二變壓器TRA2、第一整流二極管D1、第二整流二極管 D2、第二十六電阻R26、第二十七電阻R27、運算放大器AR1、三極管T，其中數(shù)據(jù)采集卡的第
一A/D端口與三極管T的集電極相連，三極管T的發(fā)射極接地；三極管T的基極與運算放 大器AR1的輸出端相連；市電交流電與第二變壓器TRA2的初級線圈兩端相連，第二變壓器 TRA2次級線圈兩端分別連接第一整流二極管D1、第二整流二極管D2的正極，第一整流二極 管D1、第二整流二極管D2的負(fù)極均與第二十七電阻R27的第一端相連，第二十七電阻R27 的第二端與運算放大器AR1的反相輸入端，運算放大器AR1的同相輸入端接地；參見圖2所 示；市電正弦交流電源經(jīng)第二變壓器TRA2和第一整流二極管D1、第二整流二極管D2后變 成半正弦波形的直流電，在直流電非零點時，運算放大器AR1兩端輸入不相等，因此輸出為 5V，使三極管T導(dǎo)通，信號輸出端輸出0V ；在過零點時刻運算放大器AR1兩端輸入都為零， 輸出也為零，此時三極管T截止，輸出信號為5V，該5V信號由PCI-7483數(shù)據(jù)采集卡的第一 A/D 口傳送到工控機，工控機檢測PCI-7483數(shù)據(jù)采集卡第一A/D 口電壓的跳變，從而獲取交 流電源電壓過零點。工控機通過電壓過零檢測軟件每隔0. lms采集一次PCI-7483數(shù)據(jù)采集卡第一 A/ D 口電壓數(shù)據(jù)并保存，并與上一次比較，若與上次相等，則在該0. lms內(nèi)沒有電壓過零點，電 壓過零檢測軟件跳到開始處進(jìn)行循環(huán)檢測，若檢測到的電壓數(shù)據(jù)大于上次，則可判斷電壓 在該0. lms內(nèi)有過零點，把標(biāo)志位置為True，參見圖3所示。本實施例中，四個熱電偶檢測各段料筒的溫度，并通過PCI-7483數(shù)據(jù)采集卡的第
二A/D 口把各段料筒溫度數(shù)據(jù)傳送到工控機，與設(shè)定溫度比較，由工控機模糊PID溫度控制 算法得出下一時刻控制各段料筒加熱器加熱功率的可控硅的控制角，得到下一時刻料筒各 段加熱器加熱功率，實現(xiàn)對注塑機料筒固體輸送段、熔融加熱段、保溫段和擠出段的數(shù)字式 變功率加熱，使各段實現(xiàn)獨立的全自動數(shù)字式變功率加熱，參見圖4所示?？煽毓栩?qū)動電路包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第六 電阻R6)發(fā)光二極管LED、光電耦合器U1、三極管T1、雙向可控硅KS、第一電容C1、第二電 容C2、第一變壓器TRA1、電橋BRIDGE1，其中市電交流電與第一變壓器TRA1的初級線圈兩 端相連，第一變壓器TRA1次級線圈兩端與電橋BRIDGE1的第一管腳和第三管腳相連；電橋 BRIDGE1的第二管腳與雙向可控硅KS的第一端相連，雙向可控硅KS的第一端同時還與市電 交流電的火線相連；電橋BRIDGE1的第四管腳與第一電容C1的負(fù)極相連，第一電容C1的正 極與雙向可控硅KS的第一端相連；第二電容C2的第一端與雙向可控硅KS的第一端相連， 第二電容C2的第二端與第六電阻R6的第一端相連，第六電阻R6的第二端與雙向可控硅KS 的第二端相連；所述加熱器的第一端與雙向可控硅KS的第二端相連，所述加熱器的第二端 與市電交流電的零線相連；雙向可控硅KS的控制端與第四電阻R4的第一端相連，第四電阻 R4的第二端與三極管T1的集電極相連；三極管T1的發(fā)射極與電橋BRIDGE1的第四管腳相 連，三極管T1的基極與集電極連接光電耦合器U1的接收端；第三電阻R3連接在三極管T1 的基極與發(fā)射極之間；第一電阻R1和第二電阻R2的第一端均與數(shù)據(jù)采 卡的D/A端口連接，第一電阻R1的第二端與發(fā)光二極管LED的負(fù)極相連，發(fā)光二極管LED的正極與光電耦 合器U1發(fā)射極的正極相連；第二電阻R2的第二端與與光電耦合器U1發(fā)射極的負(fù)極相連； 參見圖5所示；當(dāng)溫度控制算法得出各段料筒可控硅的控制角后，就在控制角終點由工控 機通過PCI-7483數(shù)據(jù)采集卡的D/A 口向可控硅驅(qū)動電路的信號輸入端輸入一個低電平，使 得光耦U1導(dǎo)通，經(jīng)三極管T1放大，驅(qū)動可控硅KS導(dǎo)通，加熱器開始加熱，直到交流電源電 壓下次過零點時可控硅截止。重新計時，到達(dá)導(dǎo)通點可控硅再導(dǎo)通，如此反復(fù)。可控硅每秒 可以動作上百次，這樣就實現(xiàn)了數(shù)字式變功率加熱，其中，電橋BRIDGE1和有極電容C1為驅(qū) 動可控硅導(dǎo)通提供直流電源。當(dāng)溫度下降到一定值后，由熱電偶反饋料筒檢測溫度，與設(shè)定 溫度比較后，由算法控制各組加熱器進(jìn)行小功率加熱，使溫度上升。不斷重復(fù)上述過程，使 溫度在較小范圍內(nèi)波動。這樣通過該數(shù)字式變功率加熱裝置就能有效的減少溫度的過沖， 減小能耗，提高了溫控精度。 圖6為數(shù)據(jù)處理和功率調(diào)整程序框圖，該程序使工控機根據(jù)設(shè)定溫度與檢測溫 度，通過注塑機料筒溫度模糊PID控制算法得出下一時刻各段料筒加熱器的加熱功率。當(dāng) 電壓過零點檢測程序的標(biāo)志位為True時，即獲取交流電源電壓的過零點，程序開始記時， 當(dāng)達(dá)到可控硅控制角的終點時，由該線程通過數(shù)據(jù)采集卡的D/A在圖5的信號輸入端輸入 一個低電平，雙向可控硅導(dǎo)通，加熱器開始加熱，直到下次過零點可控硅截止。
權(quán)利要求一種用于注塑機料筒的變功率加熱裝置，包括給注塑機料筒加熱的加熱器，用于控制所述加熱器加熱功率的加熱控制電路，其特征在于所述加熱控制電路包括用于測量注塑機料筒的筒身溫度的溫度傳感器；可控硅驅(qū)動電路，該可控硅驅(qū)動電路的電源輸入端與市電交流電連接，輸出端與加熱器連接，用于控制加熱器加熱功率的加熱功率；交流電過零檢測電路，該交流電過零檢測電路的電源輸入端也與市電交流電連接，用于檢測市電交流電的電壓過零點；數(shù)據(jù)采集卡，交流電過零檢測電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的第一A/D端口連接，溫度傳感器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的第二A/D端口連接；數(shù)據(jù)采集卡的第三A/D端口與遠(yuǎn)程工控機相連；可控硅驅(qū)動電路的觸發(fā)信號輸入端則與數(shù)據(jù)采集卡的D/A端口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于注塑機料筒的變功率加熱裝置，其特征在于所述可控 硅驅(qū)動電路包括第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第六電阻 (R6)、發(fā)光二極管(LED)、光電耦合器(U1)、三極管(T1)、雙向可控硅(KS)、第一電容(C1)、 第二電容(C2)、第一變壓器(TRA1)、電橋(BRIDGE1)，其中市電交流電與第一變壓器(TRA1) 的初級線圈兩端相連，第一變壓器(TRA1)次級線圈兩端與電橋(BRIDGE1)的第一管腳和 第三管腳相連；電橋(BRIDGE1)的第二管腳與雙向可控硅(KS)的第一端相連，雙向可控硅 (KS)的第一端同時還與市電交流電的火線相連；電橋(BRIDGE1)的第四管腳與第一電容 (C1)的負(fù)極相連，第一電容(C1)的正極與雙向可控硅(KS)的第一端相連；第二電容(C2) 的第一端與雙向可控硅(KS)的第一端相連，第二電容(C2)的第二端與第六電阻(R6)的第 一端相連，第六電阻(R6)的第二端與雙向可控硅(KS)的第二端相連；所述加熱器的第一端 與雙向可控硅(KS)的第二端相連，所述加熱器的第二端與市電交流電的零線相連；雙向可 控硅(KS)的控制端與第四電阻(R4)的第一端相連，第四電阻(R4)的第二端與三極管(T1) 的集電極相連；三極管(T1)的發(fā)射極與電橋(BRIDGE1)的第四管腳相連，三極管(T1)的基 極與集電極連接光電耦合器(U1)的接收端；第三電阻(R3)連接在三極管(T1)的基極與發(fā) 射極之間；第電阻(R1)和第二電阻(R2)的第一端均與數(shù)據(jù)采集卡的D/A端口連接，第一 電阻(R1)的第二端與發(fā)光二極管(LED)的負(fù)極相連，發(fā)光二極管(LED)的正極與光電耦合 器(U1)發(fā)射極的正極相連；第二電阻(R2)的第二端與與光電耦合器(U1)發(fā)射極的負(fù)極相 連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于注塑機料筒的變功率加熱裝置，其特征在于所述交流 電過零檢測電路包括第二變壓器(TRA2)、第一整流二極管(D1)、第二整流二極管(D2)、第 二十六電阻(R26)、第二十七電阻(R27)、運算放大器(AR1)、三極管(T)，其中數(shù)據(jù)采集卡的 第一 A/D端口與三極管⑴的集電極相連，三極管⑴的發(fā)射極接地；三極管⑴的基極 與運算放大器(AR1)的輸出端相連；市電交流電與第二變壓器(TRA2)的初級線圈兩端相 連，第二變壓器(TRA2)次級線圈兩端分別連接第一整流二極管(D1)、第二整流二極管(D2) 的正極，第一整流二極管(D1)、第二整流二極管(D2)的負(fù)極均與第二十七電阻(R27)的第 一端相連，第二十七電阻(R27)的第二端與運算放大器(AR1)的反相輸入端，運算放大器 (AR1)的同相輸入端接地。
專利摘要本實用新型涉及一種用于注塑機料筒的變功率加熱裝置，包括給注塑機料筒加熱的加熱器，用于控制所述加熱器加熱功率的加熱控制電路，其特征在于所述加熱控制電路包括用于測量注塑機料筒的筒身溫度的溫度傳感器，可控硅驅(qū)動電路，交流電過零檢測電路，數(shù)據(jù)采集卡，交流電過零檢測電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的第一A/D端口連接，溫度傳感器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的第二A/D端口連接；數(shù)據(jù)采集卡的第三A/D端口與遠(yuǎn)程工控機相連；可控硅驅(qū)動電路的觸發(fā)信號輸入端則與數(shù)據(jù)采集卡的D/A端口連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型可以使注塑機料筒實現(xiàn)獨自的全自動數(shù)字式變功率加熱，提高注塑機料筒溫控精度，減少料筒加熱時電能的損耗。
文檔編號B29C45/78GK201579962SQ200920196959
公開日2010年9月15日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者潘曉彬, 陳福練 申請人:寧波大學(xué)