基于PLC原理的注塑机节能技术研究

摘要：注塑机的变频节能技术是注塑机科技进步过程中发展的一项新技术。本文基于可编程控制器PLC的工作原理，探讨了在原来液压动力驱动的基础上加入变频技术，以实现注塑机变频节能效果的可行性。

关键词：可编程控制器PLC 变频 节能

Abstract: the energy saving technology of frequency conversion injection molding machine injection molding machine is in the process of scientific and technological progress of the development of a new technology. This paper based on programmable controller PLC working principle, the paper discusses the original hydraulic power drive to join the basis of frequency conversion technology, in order to realize the energy saving effect of variable frequency injection molding machine is feasible.

Key words: PLC programmable controller frequency energy-saving

中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：

1.1 注塑机可编程控制器的原理和设计

可编程控制器，英文名称为Programmable Logic Controller，简称PLC。是一种工业控制装置，是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。

注塑机节能控制系统采用可编程控制器（PLC）为基本控制单元，把已经编好的程序输入PLC基本单元，PLC基本单元将程序转换成CPU认识的目标码，就是把梯形图或汇编语言转换成目标代码。中央处理单元以扫描的形式将注塑机状态信号采样输入到存储器中，再按程序变成内部逻辑关系得到所需要的输出状态，通过输出装置控制注塑机动作。采用PLC来控制注塑机的框图如下图1-1所示。

图1-1 PLC控制注塑机框图

1.2注塑机变频节能系统原理

如图1-2所示变频调速节能装置控制系统组成模块

图1-2 变频调速节能控制装置基本组成模块

从注塑机的电气控制面板引出信号，用可编程控制器PLC控制继电器实现启动、停止、状态转换(节能/全压)等功能，采用电压传感器、电流传感器和频率传感器分别采集注塑机输出参数，将缸温、油温传感器、油压传感器的开关量信号引出送至PLC处理。

图1-2中，注塑机内部控制电路的流量电磁阀和压力电磁阀线圈中的电流强度可以作为控制电动机的信号。并设它们的变量分别为 和 ，当用变频器控制电动机时，设某瞬时变频器的输入控制为电压信号 （0～10V），变频器输出频率为 （0～50Hz），变频器控制的交流电动机功率为 ，转速为 。根据变频器的传递函数特性，有 。在变频调速时，当（基频 50 Hz）时，转矩M与频率无关，则有 ，而 ，所以 [26]，即改变变频器的输入信号电压 就能改变变频器的输出频率 ，因而也就改变了电动机的功率 ，同时也改变了变频器的输出频率 ，也就改变了电动机的功率 。

根据从注塑机中测得实际压力、流量等参数通过 变换电路，经 A/D 转换器送至PLC处理，再经 D/A 转换后通过变频器对电机转速控制，实现自动控制。图1-3为注塑机变频微机控制系统结构框图。

给定压力

流量参数

实际压力流量

图1-3注塑机变频微机控制系统结构框图

1.3变频器的合理选用

变频器功率的选用：一是变频器功率值与电动机功率值相当，以利变频器在高效率值下运转；二是在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时，变频器的功率要尽可能接近电动机的功率，但应略大于电动机的功率；三是当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动较频繁工作时，可选取大一级的变频器，以利用变频器长期、安全地运行；四是经测试，电动机实际功率确实有富余，可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器，但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作；五是当变频器与电动机功率不相同时，必须相应调整节能程序的设置，以利达到较高的节能效果。

变频器容量的确定：首先从电机实际功率确定出发，测定电机的实际功率，以此来选用变频器的容量。其次用公式法，安全系数取1.05，则变频器的容量为： （式中： 为电机负载， 为电机功率）。计算出 后，按变频器产品目录选具体规格。当一台变频器用于多台电机时，至少要考虑一台电动机启动电流的影响，以避免变频器过流跳闸。

1.4注塑机变频改造需解决的问题

1.4.1低速稳定性

在注塑机液压系统中，如果液压泵的转速过低，自吸能力下降，容易造成吸油不充分而形成气蚀，引起噪声和流量脉动，影响速度的稳定性。另外，低频力矩不足和异步电动机低频运行时固有的不稳定性、电动机转动部分与逆变器直流中间环节中滤波、储能元件之间能量变换中产生的谐振现象、无功功率的影响等都是引起转速不稳定的可能原因。

解决低速稳定性，可以从选择低速性能好的泵和高性能变频器来考虑，但需要付出较高的成本。也可以采用合理的控制结构和好的控制算法，通过软件补偿的办法来优化系统参数，提高系统的动态品质和低速稳定性，使变频系统满足注塑工艺过程，达到预期的节能和系统优化效果。

1.4.2 响应快速性

变频容积控制系统是通过改变电动机转速来改变液压系统的流量。由于一般的异步电动机的转动惯量大于液压泵的转动惯量以及由于变频器的过载能力有限，影响了加速性能。因此一般变频容积控制系统比传统容积控制系统的响应要慢。

在注塑机变频液压驱动系统中选择性能好的变频器可以提高注塑机驱动控制系统响应的快速性。在矢量型变频器中，通过设定速度调节器的比例增益P和积分时间I，可以改变矢量控制的速度响应特性，这个速度响应特性直接影响到注塑成型周期的快慢和执行动作的力度。其调节的方法是既要加快响应特性，同时避免产生电动机振荡。另外采用高响应的交流伺服电动机代替一般的异步电动机，可以很大地提高响应速度，可使用在动态响应高的注塑生产场合。当既要求大范围调速，又要求响应速度很快时，可采用综合调速控制，既充分利用变转容积控制系统调速范围大、节能效果显著的特点，又保留阀控缸或阀控马达响应快的优点，组成复合调速系统，保证注塑要求的快速性。

1.4.3 控制精度

影响调速精度的一个主要原因是速度刚度。所谓速度刚度是指执行器的速度不随负载变化的能力；另一个主要原因是系统的慢时变特性，如液压系统中的油液温度、油液粘性和泄漏量的大小等都会随时间呈非线性变化，从而影响系统的输出特性，影响调速精度。

为消除或减弱负载对转速的影响以及液压系统的慢时特性对系统输出的影响，需要从两个方面来考虑，一个方面是要确保电动机转速不随负载变化而变化，另一个方面是要消除或减小液压系统的慢时变特性对系统输出的影响。对变频器设定合适的转矩补偿和滑差补偿，在负载变化时适当地调整泵（电动机）的转速，即可适度补偿回路泄露的流量，维持执行器转速的稳定性，保证其速度刚度得较大提高，符合注塑工艺工程和注塑产品所需要的控制精度。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。