LOGO与变频器结合实现注塑机的节能控制

引言

注塑机又名注射成型机或注射机。它是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。分为立式、卧式、全电式。注塑机能加热塑料，对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态立式注塑机（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。

众所周知注塑机是耗电大户，注塑机生产塑料制品的车间每天均有相当的电能被白白浪费，噪声也很大。而用变频器对电动机进行调速可以有效地控制电动机运行，实现较为理想的节能。对于这种小型的自动控制装置，如果选用PLC及触摸屏控制，系统只能用到PLC的少部分功能，多数功能被闲置。PLC = Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。 而一些微型可编程序控制模块 ,在这种小规模的控制场合也能轻而易举地完成由PLC结合触摸屏的自动控制功能，重要的是，由LOGO! 组成的控制系统成本要低很多。

这里给出一种将LOGO! 与变频器组合起来，实现对注塑机进行节能控制的控制系统。

1　注塑机变频调速节能原理

要达到节能的目的，设计的关键是在注塑机中提取什么信号，并经怎样的变换再输出作为变频器的输入控制信号，进而达到变频调速，使电动机按需输出功率的目的。

在生产实践中可以发现，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可以作为控制电动机的信号。设这两个量分别为IL和IY ,当生产工序的某一时段，这两个量其中之一大时，例如流量电磁阀的开度大， IL就大， 此时电动机输出的功率就要大。用变频器控制电动机时，设某瞬时变频器的输入控制信号为电压信号U, 变频器输出的频率为f, 即f∝ U。若电动机功率为P, 转速为n, 在变频调速时， 基频50Hz以下是恒转矩调速， 转矩M 与频率f无关， 则有P∝ n，而n∝ f,因此P∝U。改变变频器输入控制信号电压U,就改变了变频器的输出频率，因而就改变了电动机的功率P。当U 随IL和IY变化时，就达到了使电动机按需输出功率的目的。这里从注塑机中取出的控制信号是电流，所以需经I /U变换，将IL和IY变换成电压U,且U∝ IL （或IY ） ,最后将U送到变频器输入端。

为了即能节电又能满足压塑质量，设计理想的控制算法也非常重要。通过分析，控制算法设计如下：

a. 当IL和IY大小不同时，取大的作为输入电流信号I;若IL等于IY ,则取任意之一作为输入电流信号I0。

b. 当I小于某个值I0时，电压U 应恒为零，当I≥I0时，电压U才与I成正比，即U = KI, K与I0均可根据实际情况调整。

2　系统软硬件设计

该系统以LOGO! 与变频器为主，辅以电流检测电路、参数I0设定电路、启停控制电路等。变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。该系统的硬件组成框图如图1所示。

LOGO! 选用带人机界面的基本型，并根据三个模拟量输入、一个模拟量输出的要求配置相应模块。LO2GO! 为系统核心，用于启停逻辑控制、控制信号输入输出及控制算法的实现。其人机界面可以用来输入控制参数K、显示输入电流及电动机的转速等运行数据。变频器选用MM440变频器，具体型号按照注塑机的电动机功率要求确定。其作用就是按照输入电流控制电动机转速以调节电动机输出功率。MM440模拟输入控制信号电压U的范围要求为0～10 V,而LOGO! 模拟量输出电压范围也恰为0 ～10 V,二者完全匹配。二个I /U变换电路的作用是分别利用取样电阻，将IL和IY转变为电压，并进行放大，得到LOGO! 模拟量输入所要求的0～10 V范围电压送入LOGO!。I0设定电路用于设定控制参数I0 ,参数I0通过电位器组成的分压电路取出送LOGO! ,便于调节。

系统工作过程如图2所示LOGO! 控制程序流程图描述。实现控制算法的相应程序如图3所示。

3　结束语

将西门子公司的LOGO! 与MM440 变频器引入注塑机控制系统中后，提高了系统的可靠性，改善了系统的稳定性。对不同机型和不同功率的注塑机，节电效果显着，噪声也可大大减小。