变频器在注塑机的压力和流量控制中的应用

变频器在注塑机的压力和流量控制中的应用
发表时间：2018-06-27T09:28:15.850Z 来源：《基层建设》2018年第12期作者：余锡昌叶仕文谭锦雄[导读] 摘要：注塑机的变频控制技术是注塑机科技进步过程中发展的一项新技术，文章结合实际，对注塑机变频控制器的流量控制原理进行了分析，明确了变频器在注塑机压力和流量控制中的应用优势，同时指出了应用过程中需要注意的事项。

江门市大光明电力设备厂有限公司广东江门 529000 摘要：注塑机的变频控制技术是注塑机科技进步过程中发展的一项新技术，文章结合实际，对注塑机变频控制器的流量控制原理进行了分析，明确了变频器在注塑机压力和流量控制中的应用优势，同时指出了应用过程中需要注意的事项。

关键词：注塑机；变频控制；压力控制；流量控制注塑机是一种专用的塑料成型机械,它利用塑料的热塑性,经加热融化后,加以高的压力使其快速流入模腔,经一段时间的保压和冷却,成为各种形状的塑料制品。

传统注塑机采用以继电器控制为主的液压传动定量泵阀控技术,不仅浪费电能,而且故障率高、灵活性差,因此,需对这种控制系统进行改造。

目前,注塑机采用变频控制器具有节能、噪声低等优点,引起一些注塑机、变频器生产厂家的兴趣,并对其进行了悉心研究,尝试将注塑机的控制器与变频器有效集成,通过联合控制,充分发挥变频器的优势，实现注塑机的有益改造。

1.注塑机的基本概述
1.1注塑机简介
通常情况下，注塑机又被称作注射成型机、注射机，工厂应用中经常将其称作啤机。

注塑机是利用一些热塑性材料、热固性材料等通过塑料成型模具将其制作成各种形状的塑料制品的成型设备。

常见的注塑机有立式、卧式以及立卧复合式，一般是按照注射装置和锁模装置进行排列的。

注塑机的主要系统包括：液压传动系统、电气控制系统、润滑系统以及安全监测系统等。

目前，很多注塑机都采用的是液压系统，在注塑机的液压系统中需要对系统中的压力和流量进行控制来保证注塑机的正常工作。

因此，对注塑机的压力和流量的控制方法进行研究分析十分重要。

1.2注塑机压力和流量控制方式
常见的注塑机液压系统的压力和流量的控制方法有以下两个：（1）定量泵+阀门控制系统
这是最常见的控制方法，同样也是相对传统的一种方法，因为很多注塑机的结构都是以定量泵和阀门为主的，这种结构的主要优势就是控制方式简单方便，一般是用电动机拖动定量泵完成供油需求的，还可以使用调节阀对系统流量和压力进行调节。

其中使用定量泵进行控制压力和流量的方法的投资比较低，也容易操作，有较好的使用效益。

但是这种控制方式的安装操作比较复杂、并且管路网络的波动起伏较大、调节效率较低。

而使用比例流量阀进行控制时，通常会使用三通流量阀进行控制，主要是借助调节阀的开度和溢流实现调节的目的。

这种控制方式会造成较大的溢流量，并且还会造成一定程度的能量损失。

在使用定量泵和阀门进行控制注塑机液压系统的压力和流量时，必须保证液压系统的恒压力和恒流量的载荷与定量泵相适应，这就会使多负载、多速度的注塑机在工作过程中的效率降低，造成较大的能量损失。

（2）比例变量泵控制方法
和定量泵加阀门相比，使用比例变量泵对注塑机液压系统的压力和流量能够在一定程度上实现节能的目的。

现阶段，一些注塑机液压系统中使用变量泵系统结构对液压压力和流量进行控制的结构有很多，例如限压式的变量泵驱动回路能够根据注塑机液压系统的负载压力完成对流量的调节和控制，这是一种匹配流量的回路控制方式，具有较高的容积效率。

而另一种恒定功率的变量泵驱动回路主要是根据变量泵的实际输出压力进行调节的，能够保证与恒定的功率之间的适应性。

一般来说，在注塑机液压系统中使用比例变量泵对压力和流量进行控制时，基本可以满足注塑机在工作过程中对压力和流量的变化需求。

但是这种控制系统的结构相对复杂，投入资金也比较高，并且在控制过程中不容易操作，也不利于后期维护和检修，经济效益相对较差。

另外，这种控制方法对压力和流量的控制的节能作用也比较有限，社会效益较低。

2.注塑机变频控制器的流量控制原理分析 2.1注塑机变频器的控制原理
在注塑机运行过程中，液压油泵的负载功率是注塑机整体负载功率的70%左右，并且注塑机的生产方式是以压力和流量的不断循环变化为主的，并且这种变化是不间断的，因此，注塑机对压力和流量的反应速度要求较高。

而在变频控制器发展初期价格相对较高，限制了其在注塑机中的应用和推广。

目前，注塑机变频控制器可以借助压力比例阀和对液压系统的压力进行控制和调节，通过对电机和油泵的转速进行有效控制完成对液压系统的流量的控制。

2.2变频器的频率确定分析
在注塑机中使用变频器后能够去掉一个比例流量阀，对系统结构有一定的简化作用。

而注塑机工作运转中的每一个工艺对液压系统的流量都不相同，变频器可以依照预先设定的数值进行输出，保证频率信号和变频器之间相互对应，这样就可以对油泵电机进行不同的转速控制，满足注塑机不同生产阶段对液压系统的流量需求，并且能够大大降低溢流损失，达到节能的目的。

经过计算后，得出一系列的数学公式如下所示：电机转速和油泵流量之间的数学关系： Q=nq（1）
Q——油泵流量；
n——电机转速（下文公式中n相同）； q——油泵的排量。

电机转速公式为：
n=60f/p（2）
f——电频频率；
p——磁极对数。

根据前公式（1）（2），可以得出：
Q=60fq/p=kf（3）
其中k——比例系数，k=60q/p。

利用公式（3）可以计算每一个流量对应的频率，具体的公式是：
f=Q/k（4）
根据公式（4）可以对注塑机变频器中的每一个工艺阶段的流量进行转换，从而确定每个流量对应的频率。

2.3注塑机变频控制器的硬件系统
注塑机变频控制器的主要包括：微处理器、液晶显示器、存储器、比例阀变频器等，这些部件被分为上位机和下位机。

整个注塑机控制系统的硬件结构，如图1所示。

在选择微处理器时，尽量选择性能较好的单片机，才能保证注塑机变频控制器对微处理器的计算速度和存储容量的需求。

在注塑机控制器的硬件中，上位机的主要功能是控制个、注塑机在运行过程中各种工艺的参数值，例如，对注塑机液压系统的压力、流量、时间等的控制，并且还能够对注塑机的工作状态进行全面监控。

液晶显示器主要是对注塑机运行过程中的参数数值、字母、曲线以及各种图形进行显示。

而时钟主要的、是对年、月、日、时等时间进行显示。

而下位机主要任务是完成对注塑机控制器的各种数据信息的采集和整理，并对工作过程进行一定的控制。

另外，下位机还可以通过通信接口和上位机进行信息传输和接收。

下位机中的微处理器主要是对注塑机的行程开关和电磁阀开关进行扫描输入，还可以进行六路温度采集工作，另外还能够完成对位置尺的采样以及和12位A/D转换，与此同时，可以对接收后的上位机参数利用D/A转换成模拟数值，对压力比例阀和流量比例阀进行控制和输出。

控制面板的主要功能是对压力和流量的信号进行控制，并且能够借助D/A转换器将压力和流量信号转化成相对应的电压信号，这样能够避免信号在传输过程中收到其他电磁信号的干扰，保证输出信号的准确性。

图1注塑机控制器硬件系统结构图
3.变频器在注塑机变频控制器中的应用优势
变频器中的内置PID控制器能够对注塑机液压系统的压力和流量进行闭环控制（富士FRENIC500G11S变频器闭环控制示意图如图2所示），可以有效减少外界对注塑机变频控制器的外界干扰，这在很大程度上能够提高注塑机变频控制器的流量控制的精准度。

在注塑机电机中使用变频器克对电机的码盘进行信号反馈，然后把反馈的信号作为变频器的信号，这样能够节省中间的转化步骤，更好的保证信号的准确性。

如果使用一般的电机，则需要通过流量传感器来测量液压系统的流量信号。

但是在使用变频器的过程中要注意不同的变频器的内置PID的控制工作存在差异，因此在对注塑机变频控制器选择变频器时，一定要根据注塑机的实际情况进行选择，才能保证控制的准确性和精度。

图2变频器闭环控制示意图
4.结语
当前，塑料加工行业高速发展同时竞争加剧,对注塑机进行节能改造以降低生产成本的呼声越来越高。

综上分析，采用变频控制器的注塑机具有明显的优势，同时，能够在很大程度上方便后期维护和检修工作，为用户带来可观的经济效益,值得推广和应用。

但值得注意的是，为保障控制的准确性和精度，在对注塑机变频控制器选择变频器时，要根据注塑机的实际情况进行选择。

参考文献
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