專利名稱：一種基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及注塑機，準確地說是一種用于在不降低注塑機生產(chǎn)率的前提下消除由變頻器帶來的注塑機各工藝段切換的速度響應延遲時間實現(xiàn)有效節(jié)能的控制裝置及方法。
背景技術：
在傳統(tǒng)的注塑行業(yè)中，注塑機通常使用的三相異步交流電機不能變速，其拖動的定量泵輸出液壓油的流量不能改變，注塑機在進行低速動作時，多余的流量經(jīng)溢流閥流回油箱，造成能量的大量損失。
一種改進的注塑機是在其原有設備的基礎上增加變頻器，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)電機的轉(zhuǎn)速，使定量泵輸出的液壓油的流量可根據(jù)注塑機動作速度要求而改變，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。
變頻器通常通過采樣注塑機電腦的流量和壓力輸出電流來調(diào)節(jié)電機的運行頻率，但是會產(chǎn)生注塑機各工藝段切換的速度響應延遲，延長產(chǎn)品生產(chǎn)周期，因為注塑機加裝變頻器后，主電機轉(zhuǎn)速隨著注塑機各工藝段的速度變化而變化，注塑機工作周期循環(huán)時間較短，各工藝段的頻繁切換致使主電機頻繁的處于加減速進程中，電機加減速有一定的響應時間，各工藝段切換的加速響應時間由電機的加速響應時間決定，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時間由流量閥響應時間決定，一般為幾十毫秒，導致各工藝段切換的速度響應時間延長，使注塑機生產(chǎn)周期時間增加，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基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制裝置及方法，該控制裝置和方法通過變頻器在注塑機生產(chǎn)周期各工藝段之間轉(zhuǎn)換前給出一個電機加速的提前量，從而消除在注塑機工藝段之間切換的速度響應時間延遲，提供了一種比較好的提高生產(chǎn)效率的節(jié)能方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制裝置，包括原有的注塑機及變頻器，其特征在于變頻器和注塑機之間設置有控制裝置，該控制裝置可以接收注塑機的工藝參數(shù)和工作狀態(tài)信號，根據(jù)輸入信號計算變頻器的頻率控制信號值Fx及電機提前加速時間點Sx，輸出頻率控制信號到與注塑機的電機相連的變頻器，以控制電機的運行轉(zhuǎn)速；通過該控制裝置實現(xiàn)對變頻器的實時控制，并準確地傳輸控制指令，達到節(jié)能、提高生產(chǎn)效率的目的。
所述的控制裝置，其對注塑機和變頻器可以是單向傳輸，根據(jù)實際的應用情況，也可以設計為雙向傳輸，且其輸入輸出端口可以是與注塑機及變頻器的模擬電壓輸出接口相連、可以是與注塑機模擬電流輸出接口相連，可以是I/O動作輸出接口，可以是串行通信接口相連，也可以是上述各接口的組合。
所述工藝參數(shù)和工作狀態(tài)信號包括注塑工藝相關的壓力比例信號、流量比例信號，以及注塑機位置、時間、限位開關及當前所處的工藝段標志；所述的控制裝置可以是與變頻器控制軟件構(gòu)成一個整體，也可以是獨立于變頻器的由軟硬件組成的裝置。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的還包括一種基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制方法，其主要的步驟為
采集注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號；根據(jù)輸入的信號計算注塑機當前工藝段轉(zhuǎn)下一工藝段的電機提前加速時間點(Sx)；將頻率控制信號輸出到與注塑機電機相連的變頻器；其特征在于頻率控制信號包括電機提前加速信號。
所采集注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號包括注塑工藝相關的壓力、流量設定參數(shù)，以及注塑機位置、時間、限位開關及當前所處的工藝段標志。
所述的提前加速信號包括提前加速時間點和提前加速時間的控制信號。
注塑機當前工藝段轉(zhuǎn)下一工藝段的電機提前加速時間點(Sx)是指在注塑機生產(chǎn)周期各工藝段之間轉(zhuǎn)換時，如果下一工藝段頻率高于當前工藝段頻率時，中央處理單元提前向變頻器提前輸出下一工藝段的頻率的時間點，提前加速時間點(Sx)可以使用下列公式進行計算Sx＝Tx-TQx式中Tx為當前工藝段時間，TQx為提前加速時間；電機的提前加速時間(TQx)是指電機需提前啟動加速的時間長度，其計算的方法如下TQx＝(Ax*Fx+1-Bx*Fx)/(Cx*Fmax)*DT+T0其中，Ax、Bx、Cx為當前工藝段事先設定的參數(shù)，其取值范圍滿足Ax＞＝0，Bx＞＝0，Cx＞0；Fx為當前工藝段頻率控制信號值，F(xiàn)x+1為下一工藝段頻率控制信號值，F(xiàn)max為注塑機使用變頻器時電機的最大工作頻率對應的控制信號值(一般為市電頻率50Hz)，頻率控制信號值的計算與現(xiàn)有的變頻器相同，在此不再詳細描述；DT為經(jīng)驗值，取值范圍為0～10s，推薦值為電機由零加速到最大工作頻率所需的時間，T0為經(jīng)驗設定值，范圍為0～1s，電機慣量大小的修正值。
所述將頻率控制信號輸出到與注塑機電機相連的變頻器是指電機在提前加速時間點前輸出當前工藝段頻率控制信號值至變頻器，電機在提前加速時間點到達后輸出下一工藝段頻率控制信號值至變頻器。
工藝段之間切換時，電機應工作在能夠滿足當前工況所需流量的較高轉(zhuǎn)速運行，對于電機從高轉(zhuǎn)速向低轉(zhuǎn)速變化的工藝段，不需要電機提前加速，也就是說電機的提前加速時間和提前加速時間點為零；對于電機從低轉(zhuǎn)速向高轉(zhuǎn)速變化的工藝段，根據(jù)計算出的提前時間提升變頻器的輸出頻率，使電機提前加速，避免時間延遲，保證整個注塑周期不變。
由于在注塑機的變頻器節(jié)能改造中使用本發(fā)明，實現(xiàn)了電機的提前加速，消除了變頻器節(jié)能過程對注塑生產(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)明實施的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明另一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本發(fā)明實施的控制流程圖，圖4為本發(fā)明實施的各工藝段切換控制流程圖，圖5為本發(fā)明實施的主要部件連接圖，圖6為本發(fā)明實施的時間對比圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
圖1、圖2分別是本發(fā)明的兩種實現(xiàn)形式，圖中所示是一種基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制裝置，本發(fā)明中的控制裝置在此稱為信號采集處理裝置，該控制裝置用于接收注塑機的工藝參數(shù)和工作狀態(tài)信號，計算各工藝段變頻器的頻率控制信號值Fx及電機提前加速時間點Sx，輸出頻率控制信號到與注塑機的電機相連的變頻器，以控制電機的運行轉(zhuǎn)速；控制裝置可以與變頻器集成在一起，也可以設置于變頻器和注塑機之間，圖1所示為本發(fā)明將信號采集處理裝置集成在變頻器中，與變頻器形成成一個整體；圖2所示為獨立于變頻器的硬件構(gòu)成信號采集處理裝置。
該信號采集處理裝置的輸入輸出端口可以是與注塑機的模擬電壓輸出接口相連、可以是與注塑機模擬電流輸出接口相連，可以是I/O動作輸出接口，可以是串行通信接口相連，也可以是上述各種接口的組合。輸入信號可以是注塑機的壓力比例信號、流量比例信號、限位開關信號、各動作輸出的開關信號及串行、并行通信數(shù)據(jù)，詳細的主要部件連接參照圖5。
圖5所示結(jié)構(gòu)就是采用串行通信接口，該接口傳輸數(shù)字信號，能夠保證傳輸信號的準確，避免不必要的干擾。注塑機將鎖模、射膠、頂針、壓力和流量信號都向信號采集處理裝置輸出，該信號采集處理裝置經(jīng)過處理計算后將控制信號輸出到變頻器，由變頻器控制電機的正常運行和提前加速。
因此，對于基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制裝置及方法，其主要包括以下步驟1、采集注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號；2、根據(jù)輸入的信號計算注塑機當前工藝段轉(zhuǎn)下一工藝段的電機提前加速時間點(Sx)；3、將頻率控制信號輸出到與注塑機電機相連的變頻器。
至于其具體控制流程如圖3所示。
所謂的采集注塑機控制系統(tǒng)的有關工藝參數(shù)和工作狀態(tài)信號包括注塑工藝相關的壓力、流量設定參數(shù)，以及注塑機位置、時間、限位開關及當前所處的工藝段標志。上述的工藝參數(shù)是由注塑機控制系統(tǒng)的操作界面設定，可包括所有的信號，也可只是采用部分信號。
由于注塑機各工藝段的切換是采用位置點或時間點進行切換的，采用位置點切換的工藝段時間是隨著該工藝段的動作速度變化而變化的，因此，本發(fā)明實施時對各個工藝段設置標志，通過對各工藝段標志測定可計算各工藝段的工作時間，具體流程見圖4。
工藝段的標志是專門設定的，譬如信號采用數(shù)字信號傳輸時，該工藝段的標志是位于信號尾部的數(shù)字標識，或者采用其它方式也可。
圖5所示實施例中采集的注塑機控制系統(tǒng)有關工藝參數(shù)和工作狀態(tài)信號主要是注塑機的鎖模輸出信號和流量壓力比例信號(A部分所標識的)。根據(jù)鎖模輸出信號確定注塑機的生產(chǎn)循環(huán)的初始工藝段(即初始點)；根據(jù)流量壓力比例信號變化測出注塑機的工藝段數(shù)和各工藝段的時間，并標注各工藝段的標志。
其中，控制流程中的A部分和B部分可以銜接起來，形成總的控制流程。
控制流程中最主要的控制步驟是在計算電機提前加速時間點前先判斷當前工藝段頻率控制信號值是否小于下一工藝段頻率控制信號值，當大于下一工藝段頻率控制信號值時，提前加速時間點為當前工藝段時間的結(jié)束時間，即提前加速時間為零；當小于下一工藝段頻率控制信號時，提前加速時間點(Sx)的計算如下Sx＝Tx-TQx
式中Tx為當前工藝段時間，TQx為提前加速時間，電機提前加速時間(TQx)的方法如下式TQx＝(Ax*Fx+1-Bx*Fx)/(Cx*Fmax)*DT+T0其中，Ax、Bx、Cx為當前工藝段事先設定的參數(shù)，其取值范圍滿足Ax＞＝0，Bx＞＝0，Cx＞0；Fx為當前工藝段頻率控制信號值，F(xiàn)x+1為下一工藝段頻率控制信號值，F(xiàn)max為注塑機使用變頻器時電機的最大工作頻率對應的控制信號值(一般為市電頻率50Hz)，頻率控制信號值的計算與現(xiàn)有的變頻器相同，在此不再詳細描述；DT為經(jīng)驗值，取值范圍為0～10s，推薦值為電機由零加速到最大工作頻率所需的時間，T0為經(jīng)驗設定值，范圍為0～1s，電機慣量大小的修正值。
在計算電機提前加速時間(TQx)＝(Ax*Fx+1-Bx*Fx)/(Cx*Fmax)*DT+T0中，當(Ax*Fx+1-Bx*Fx)/(Cx*Fmax)*DT＝0時，TQx＝T0，各工藝段的電機提前加速時間置為一定值，是本公式的一個特例，這種計算方法較為簡便。
經(jīng)實際試驗及檢測，按照本發(fā)明所實施的信號采集處理裝置的變頻器，注塑機在高壓鎖模工藝段轉(zhuǎn)射膠工藝段時，高壓鎖模工藝段的流量值設定為20％，轉(zhuǎn)高壓鎖模的位置點為60mm，根據(jù)高壓鎖模的流量值及位置點測出的高壓鎖模工藝段時間T1；射膠工藝段參數(shù)設定流量為85％；對應于流量的射膠工藝段頻率控制信號值F2大于高壓鎖模工藝段的頻率控制信號值F1，高壓鎖模工藝段轉(zhuǎn)射膠工藝段的電機提前加速時間(TQ1)由下式計算TQ1＝(A1*F2-B1*F1)/(C1*Fmax)*DT+T0本例取A1＝1，B1＝1，C1＝1，加速時間DT取值為0.5s，電機慣量大小的修正值T0取值為0s。
計算電機提前加速時間點(S1)由下列公式計算S1＝T1-TQ1當高壓鎖模工藝段未到達提前加速時間點(S1)時向變頻器輸出高壓鎖模工藝段對應的電機運行頻率控制信號F1，當高壓鎖模工藝段到達提前加速時間點(S1)后向變頻器輸出射膠工藝段對應的電機運行頻率控制信號F2。
該信號采集控制裝置和方法通過變頻器在注塑機生產(chǎn)周期各工藝段之間轉(zhuǎn)換前給出一個電機加速的提前量，從而消除在注塑機工藝段之間切換的速度響應時間延遲，提供了一種比較好的提高生產(chǎn)效率的節(jié)能方法。
圖6是本例未加變頻器、加裝變頻器及加裝采用本發(fā)明的變頻器的高壓鎖模工藝段轉(zhuǎn)射膠工藝段電機速度和動作速度曲線的比較。不使用變頻器的注塑機工作時電機一直處于工頻狀態(tài)運行，鎖模工藝段的速度響應取決于油閥的比例閥響應，響應時間較小可忽略不計；使用變頻器的注塑機在高壓鎖模工藝段轉(zhuǎn)射膠工藝段時，由于電機的速度響應有一定的滯后時間，使得射膠工藝段開始時動作速度有一段加速延遲時間，使射膠工藝段時間延長。而使用本發(fā)明的注塑機控制系統(tǒng)后，注塑機在高壓鎖模工藝段轉(zhuǎn)射膠工藝段前已經(jīng)給變頻器輸出了一個提前加速時間，在工藝段切換時電機速度已達到射膠工藝段所要求的轉(zhuǎn)速，射膠工藝段的速度響應與未使用變頻器的情況一致，從而達到了不降低生產(chǎn)效率的前提下節(jié)能的目的。
如在注塑機上加裝37KW變頻器的應用中，未采用本發(fā)明所實施的方法和裝置時，加裝了變頻器的注塑機節(jié)能達35％，但工作周期由未加裝變頻器前的29s延長至32S，生產(chǎn)周期延長了約10％，實際節(jié)能率僅為31％。采用配置本發(fā)明所述方法和裝置時，如設定參數(shù)為T0＝0.2S、F0＝10Hz、Fmax＝50Hz、Fmin＝20Hz、DT＝0.5S，加裝了變頻器的注塑機的生產(chǎn)周期仍為29s，節(jié)能為35％，經(jīng)長時間運行，產(chǎn)品符合工藝要求，在生產(chǎn)效率不降低的前提下實現(xiàn)了節(jié)能的目的。
以上描述是對本發(fā)明幾種具體實施方式
的詳細描述，并不限制本發(fā)明的實施內(nèi)容為此，凡是采用本發(fā)明所描述控制裝置及控制方法的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制裝置，包括原有的注塑機及變頻器，其特征在于該控制裝置接收注塑機的工藝參數(shù)和工作狀態(tài)信號，根據(jù)輸入信號計算變頻器的頻率控制信號值Fx及電機提前加速時間點Sx，輸出頻率控制信號到與注塑機的電機相連的變頻器。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制裝置，其特征在于其輸入輸出端口與注塑機及變頻器的模擬電壓輸出接口相連、模擬電流輸出接口、I/O動作輸出接口、串行通信接口的任意一個或任意組合相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制裝置，其特征在于所述的控制裝置可以是與變頻器集成于一體，也可以是獨立于變頻器的由軟硬件組成的裝置。
4.一種基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制方法，其主要的步驟為采集注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號；根據(jù)輸入的信號計算注塑機當前工藝段轉(zhuǎn)下一工藝段的電機提前加速時間點(Sx)；將頻率控制信號輸出到與注塑機電機相連的變頻器；其特征在于頻率控制信號包括電機提前加速信號。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制方法，其特征在于所采集注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號包括注塑工藝相關的壓力、流量設定參數(shù)，以及注塑機位置、時間、限位開關及當前所處的工藝段標志的任意一個或者其組合。
6.根據(jù)權利要求4所述的基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制方法，其特征在于所述的提前加速信號包括提前加速時間點和提前加速時間的控制信號。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制方法，其特征在于注塑機當前工藝段轉(zhuǎn)下一工藝段的電機提前加速時間點(Sx)是指在注塑機生產(chǎn)周期各工藝段之間轉(zhuǎn)換時，如果下一工藝段頻率高于當前工藝段頻率時，中央處理單元提前向變頻器提前輸出下一工藝段的頻率的時間點，提前加速時間點(Sx)可以使用下列公式進行計算Sx＝Tx-TQx式中Tx為當前工藝段時間，TQx為提前加速時間；電機的提前加速時間(TQx)是指電機需提前啟動加速的時間長度，其計算的方法如下TQx＝(Ax*Fx+1-Bx*Fx)/(Cx*Fmax)*DT+T0其中，Ax、Bx、Cx為當前工藝段事先設定的參數(shù)，其取值范圍滿足Ax＞＝0，Bx＞＝0，Cx＞0；Fx為當前工藝段頻率控制信號值，F(xiàn)x+1為下一工藝段頻率控制信號值，F(xiàn)max為注塑機使用變頻器時電機的最大工作頻率對應的控制信號值(一般為市電頻率50Hz)，頻率控制信號值的計算與現(xiàn)有的變頻器相同，在此不再詳細描述；DT為經(jīng)驗值，取值范圍為0～10s，推薦值為電機由零加速到最大工作頻率所需的時間，T0為經(jīng)驗設定值，范圍為0～1s，電機慣量大小的修正值。
8.根據(jù)權利要求4所述的基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制方法，其特征在于所述將頻率控制信號輸出到與注塑機電機相連的變頻器是指電機在提前加速時間點前輸出當前工藝段頻率控制信號值至變頻器，電機在提前加速時間點到達后輸出下一工藝段頻率控制信號值至變頻器。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于節(jié)能變頻調(diào)速器的提高注塑機生產(chǎn)效率的控制裝置及方法。通過該控制裝置及方法使變頻器在注塑機生產(chǎn)周期各工藝段之間轉(zhuǎn)換前給出一個電機加速的提前量，從而消除在注塑機工藝段之間切換的速度響應時間延遲，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B29C45/76GK1597299SQ200410027770
公開日2005年3月23日 申請日期2004年6月24日 優(yōu)先權日2004年6月24日
發(fā)明者方智群, 丁水保 申請人:深圳市珊星電腦有限公司