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注塑成型機(jī)是利用塑膠的熱物理性質(zhì)，把物料從料斗加入料筒中，料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融，在料筒內(nèi)裝有外動力馬達(dá)作用下驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的螺桿，物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前輸送并壓實(shí)，物料在外加熱和螺桿剪切的雙重作用下逐漸地塑化、熔融和均化。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，物料在螺槽摩擦力和剪切力的作用下，把已熔融的物料推到螺桿的頭部，與此同時(shí)，螺桿在物料的反作用下后退，使螺桿頭部形成儲料空間，完成塑化過程，然后，螺桿在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高壓，將儲料室內(nèi)的熔融料通過噴嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料經(jīng)過保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模機(jī)構(gòu)的作用下，開啟模具，并通過頂出裝置把定型好的制品從模具頂出落下。其工藝如圖1所示。

圖2油電混合與純油壓注塑機(jī)系統(tǒng)耗電狀況對比

傳統(tǒng)注塑機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。上位機(jī)通過控制溢出閥和流量控制閥來保證系統(tǒng)的壓力和流量給定，采用油電混合方式的注塑機(jī)系統(tǒng)則完全可以省去溢出閥和流量控制閥，而通過上位機(jī)控制變頻器去實(shí)現(xiàn)壓力和流量控制。

圖3純油壓注塑機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4是基于臺達(dá)HES注塑機(jī)系統(tǒng)的油電混合注塑機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，上位機(jī)將壓力和流量命令直接交給臺達(dá)油電混合伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器將會自行進(jìn)行壓力和流量的閉環(huán)控制。

圖4油電混合注塑機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.臺達(dá)油電混合注塑機(jī)系統(tǒng)方案

3.1臺達(dá)注塑機(jī)PQC控制思想

圖4中已經(jīng)將基于HES的臺達(dá)油電混合注塑機(jī)系統(tǒng)展示了出來，所謂HES是由臺達(dá)VJ驅(qū)動器（臺達(dá)油電伺服驅(qū)動器）、臺達(dá)伺服馬達(dá)、配套的內(nèi)齒輪泵和壓力傳感器組成的一套系統(tǒng)，其核心部分是VJ驅(qū)動器。該驅(qū)動器只所以稱為油電混合伺服驅(qū)動器，首先是因?yàn)槠淇梢则?qū)動同步馬達(dá)，具備伺服控制特性；此外VJ具備PQC控制模式，即壓力與流量閉環(huán)控制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)壓力和流量的回授運(yùn)行，不但能夠節(jié)省電能，還能保證上位機(jī)的壓力與流量命令得到執(zhí)行。基于VJ驅(qū)動器的PQC控制框圖如圖5所示。

圖5中，液壓控制系統(tǒng)即是PQC控制，其思想為壓力命令與壓力回授進(jìn)行閉環(huán)PI控制調(diào)節(jié)，同時(shí)流量命令作為壓力PI控制的輸出限制，從而利用壓力PI閉環(huán)的快速性，控制系統(tǒng)壓力跟隨壓力命令，并保證系統(tǒng)流量控制在流量命令之內(nèi)。這是充分利用流量與頻率對應(yīng)，壓力與轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的關(guān)系。

圖5 PQC控制框圖

3.2基于C2000內(nèi)部PLC的注塑機(jī)方案

VJ驅(qū)動器作為注塑機(jī)專用驅(qū)動器，內(nèi)置PQC控制環(huán)，可以簡單有效地進(jìn)行注塑機(jī)系統(tǒng)壓力和流量控制。但是由于注塑機(jī)客戶應(yīng)用要求的高低不同，并不是所有客戶都指定需要專用驅(qū)動器進(jìn)行馬達(dá)驅(qū)動。盡管專用驅(qū)動器具備驅(qū)動精確、節(jié)能明顯等特點(diǎn)，但是價(jià)格的考慮使得客戶更愿選擇比較經(jīng)濟(jì)的方案。

臺達(dá)C2000通用型變頻器可以滿足這類客戶的需求。C2000不僅具備同步馬達(dá)驅(qū)動能力，同時(shí)還內(nèi)置了PLC功能，即可以進(jìn)行一定范圍內(nèi)的PLC程序編譯，這為C2000進(jìn)行注塑機(jī)應(yīng)用提供了可行的條件。考慮到C2000并沒有VJ所具有的PQC控制環(huán)，因此必須通過內(nèi)部PLC來進(jìn)行程序編輯以實(shí)現(xiàn)PQC控制環(huán)。

先將圖5的控制思想簡化如圖6。從圖6中可以看出，壓力輸入對于C2000來說只是0～10V的模擬量，壓力回授同樣對于C2000來說也只是0～10V模擬量，其流量命令也是0～10V的模擬量，這樣C2000的ACI、AVI、AUI三路模擬量輸入通道可以分別對應(yīng)，并且通過內(nèi)部PLC的模擬量PID指令，進(jìn)行壓力閉環(huán)PI控制程序編寫，再將流量命令的輸入模擬量轉(zhuǎn)換為頻率命令，并寫入模擬量PI輸出限制參數(shù)內(nèi)，完成功能的實(shí)現(xiàn)。

圖6 PQC等效控制

再將圖6結(jié)合C2000的模擬量通道變?yōu)槿鐖D7所示的PQC控制。根據(jù)圖7的思想進(jìn)行C2000內(nèi)部PLC程序編寫，主要的指令為FPID與FREQ兩個(gè)，其中FPID指令已經(jīng)將PID回授與對應(yīng)的頻率進(jìn)行了自動的變換，例如若01-00=50Hz，那么PID回授AVI=5V，變頻器會自動將此事的PID回授看為25Hz。但是FREQ則沒有這樣的功能，其只是簡單的將頻率命令以0.01的單位進(jìn)行輸出，因此，ACI輸入數(shù)值后，變頻器內(nèi)部PLC需要將其數(shù)值進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換，變成對應(yīng)的頻率值。

圖7 基于C2000模擬量通道的PQC控制

以01-00=50Hz為例，ACI輸入與對應(yīng)的頻率值關(guān)系從圖8中看以看出，這是一個(gè)線性方程的關(guān)系，可以推算ACI=5*F-Value/10。同理，AUI作為流量輸入，其模擬量與對應(yīng)的頻率值的關(guān)系也是相似的，只不過AUI對應(yīng)之頻率值需要作為模擬PID的輸出限制而已，ACI與AUI對應(yīng)頻率值計(jì)算的PLC程序如圖9。

圖8 ACI與頻率值對應(yīng)關(guān)系

圖9 ACI AUI頻率值計(jì)算程序

在圖9中，以01-00=50HZ進(jìn)行編寫，測試正常后，以01-00為任意值進(jìn)行編寫，完整的PLC程序如圖10。

圖10 PLC完整程序

4.結(jié)束語

油電混合型注塑機(jī)系統(tǒng)因通過變頻器實(shí)現(xiàn)壓力和流量的閉環(huán)調(diào)節(jié)，從而節(jié)省了大量的電能。但是由于注塑機(jī)客戶的層次不同，并不是每個(gè)注塑機(jī)客戶都需要專用的注塑機(jī)油電伺服驅(qū)動器進(jìn)行控制。而臺達(dá)C2000通用型變頻器，通過豐富的模擬量通道以及內(nèi)部PLC功能，可以模仿VJ驅(qū)動器的PQC控制環(huán)功能，從而提供客戶更加經(jīng)濟(jì)的注塑機(jī)變頻器控制方案。

作者簡介：

左濤，出生于1985年10月，畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué) ，控制理論與控制工程碩士學(xué)位，現(xiàn)任臺達(dá)電子集團(tuán)機(jī)電事業(yè)部專案經(jīng)理，從事臺達(dá)IABU一體化方案制定與市場策略開發(fā)，工作區(qū)域包括中國大陸地區(qū)、印度、歐洲、非洲和中東地區(qū)。

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