專利名稱：基于變頻調(diào)速器的注塑機節(jié)能裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于變頻調(diào)速器的注塑機節(jié)能裝置及方法。
現(xiàn)在生產(chǎn)和生活中，大量的塑料制品或半成品是通過注塑機注塑沖壓而制成的。

圖1為注塑機整機外形圖，其工作如下現(xiàn)將產(chǎn)品生產(chǎn)各個工藝段的工藝參數(shù)，如壓力(油壓)、速度(出油速度)、時間、距離等通過面板(A位置)輸入，注塑機自動將這些參數(shù)輸入中央處理器CPU板(B位置)進行處理后，輸出到壓力流量比例調(diào)節(jié)閥(C位置)。工頻電機(D位置)提供足夠的動力來驅(qū)動油泵(E位置)，而油泵的油壓和出油速度要靠壓力流量比例調(diào)節(jié)閥來調(diào)整，不同的工藝段會要求不同的油壓和出油速度來保證。其關鍵的工藝段包括鎖模、射膠、溶膠、冷卻、開模等過程。工頻電機通過三相電源線接入電網(wǎng)，作為注塑機的動力提供設備。
現(xiàn)有的大量注塑機均采用工頻電源輸入電動機驅(qū)動油泵工作的方式。在使用注塑機生產(chǎn)每一件產(chǎn)品時，都要經(jīng)過多道工藝過程，而每道工藝過程所需要油泵的油壓和出油速度是各不相同的。采用工頻電源輸入電動機驅(qū)動油泵工作的方式時，考慮所需最大油壓，最高出油速度的極端要求情況下，電機所應提供的動力是滿足要求的。這樣一來，在許多不需要極端要求的工藝過程中，工頻電機所提供的部分動力是被白白消耗掉的。
本發(fā)明的目的是提供一種注塑機節(jié)能裝置，能使注塑機的電機在不同的工藝段提供不同的動力，以節(jié)約能源。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種基于變頻調(diào)速器的注塑機節(jié)能裝置，其特征是它包括信號采集裝置、信號處理裝置信號處理裝置，所述信號采集裝置用于接收注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號，并將這些信號轉換后輸入到信號處理裝置；在信號處理裝置中有頻率計算裝置，該頻率計算裝置用于接收從信號采集裝置來的信號并計算出變頻器的頻率值F，并將該頻率值F輸入到與注塑機的電機相連的變頻器，以控制變頻器的輸出到電機的頻率。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的方案還包括一種基于變頻調(diào)速器的注塑機節(jié)能方法，其特征是包括以下步驟采集注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號；根據(jù)輸入的信號計算出變頻器的頻率值F；將頻率值F輸入到與注塑機電機相連的變頻器。
由于采用了以上的方案，采用變頻器連接于工頻電源和注塑機電機之間，并采樣每道工序?qū)τ捅玫挠蛪汉统鲇退俣鹊裙に噮?shù)設定的指令或其它相關信息，通過計算處理得出此刻滿足工藝要求的電機運行轉速，在非極端要求情況下就可以適當降低電機的運轉速度，這樣即保證了注塑機的正常生產(chǎn)，又有效地節(jié)約了電能。
圖1是一種典型的注塑機外表示意圖。
圖2是本發(fā)明實施例一的示意圖。
圖3是本發(fā)明信號采集裝置的方框圖。
圖4是信號處理裝置中信號處理流程示意圖。
圖5是本發(fā)明實施例二的示意圖。
圖6是信號采集裝置電路圖之一。
圖7是信號采集裝置電路圖之二。
下面通過具體的實施例并結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
圖2、5分別是本發(fā)明的兩種實現(xiàn)形式，圖中所示是一種基于變頻調(diào)速器的注塑機節(jié)能裝置，其特征是它包括信號采集裝置1、信號處理裝置2，所述信號采集裝置1用于接收注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號，并將這些信號轉換后輸入到信號處理裝置2；在信號處理裝置2中有頻率計算裝置，該頻率計算裝置用于接收從信號采集裝置1來的信號并計算出變頻器的頻率值F，并將該頻率值F輸入到與注塑機的電機相連的變頻器，以控制變頻器的輸出到電機的頻率。
要達到節(jié)能效果的最基本的接法是所述信號采集裝置1的輸入端與注塑機的壓力流量比例調(diào)節(jié)閥相連，用于輸入壓力流量比例調(diào)節(jié)閥的壓力比例調(diào)節(jié)信號P和流量比例調(diào)節(jié)信號Q；所述信號采集裝置1包括依次相連的信號隔離電路11、整形濾波電路12、限幅調(diào)整電路13，經(jīng)過這些電路的轉換，再將P、流量比例調(diào)節(jié)信號Q輸入到信號處理裝置2。
為了達到更好的節(jié)能效果，所述信號采集裝置1的輸入端還可以與注塑機的下述信號之一相連限位開關信號、觸摸屏輸出信號、中央處理器CPU板的輸出信號。
利用上述裝置實現(xiàn)注塑機節(jié)能方法包括以下步驟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)輸入的信號計算出變頻器的頻率值F；3)將頻率值F輸入到與注塑機電機相連的變頻器。
如果所采集的注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號是注塑機上的壓力流量比例調(diào)節(jié)閥的壓力比例調(diào)節(jié)信號PPx和流量比例調(diào)節(jié)信號QQx；則根據(jù)輸入的信號計算出變頻器的頻率值F的方法如下式Fp=Pmax-Pmin*50/PxFq=Qmax-Qmin*50/QxF=a*Fp+b*Fq其中a＜=1，b＜=1，a+b=1，a、b的值是事先人為設定的或用過自適應算法計算的；Pmax、Pmin、Qmax、Qmin分別為整個工節(jié)流程中壓力比例調(diào)節(jié)信號P和流量比例調(diào)節(jié)信號Q的最大值和最小值。
如果所采集的注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號除包括注塑機上的壓力流量比例調(diào)節(jié)閥的壓力比例調(diào)節(jié)信號PPx和流量比例調(diào)節(jié)信號QQx外，還有下述信號中至少一種限位開關信號、觸摸屏輸出信號、中央處理器CPU板的輸出信號，則根據(jù)輸入的信號計算出變頻器的頻率值F的方法根據(jù)不同的工藝段而不同，如下式Fp=Pmax-Pmin*50/PxFq=Qmax-Qmin*50/Qx對于第一工藝段F=a1*Fp+b1*Fq，其中a1＜=1，b1＜=1，a1+b1=1，對于第二工藝段F=a2*Fp+b2*Fq，其中a2＜=1，b2＜=1，a2+b2=1，對于第三工藝段F=a3*Fp+b3*Fq，其中a3＜=1，b3＜=1，a3+b3=1，對于第四工藝段F=a4*Fp+b4*Fq，其中a4＜=1，b4＜=1，a4+b4=1。
其中a1，b1，a2，b2，a3，b3，a4，b4…的值可以根據(jù)實際情況人為設置或用過自適應算法計算得到，Pmax、Pmin、Qmax、Qmin分別為整個工節(jié)流程中壓力比例調(diào)節(jié)信號P和流量比例調(diào)節(jié)信號Q的最大值和最小值。
本發(fā)明節(jié)能的關鍵是要根據(jù)不同工藝段的電機出力要求，調(diào)整變頻器對電機的輸出，以改變電機的運轉速度，從而達到節(jié)能的效果。由于注塑機在工作時的工藝段較多，如鎖模、射膠、溶膠、開模等，所以涉及到的工藝參數(shù)也較多，如何從諸多工藝參數(shù)中提取重要而有效的信息是本發(fā)明的重點，而如何處理這些信息并最終得到一個變頻器的工作頻率，達到控制電機轉速，從而有效節(jié)能的目的是本發(fā)明的難點。實現(xiàn)節(jié)能最終要靠變頻器調(diào)速改變電機的轉速來完成。
圖2、5中虛線框內(nèi)為注塑機部分結構簡單示意，虛線外則為本發(fā)明的裝置部分。觸摸面板得到產(chǎn)品加工的每道工序的工藝參數(shù)，如油壓、出油速度、工序序號、工作時間等；這些信號送入注塑機的中央處理器CPU板；中央處理器CPU板是控制整個注塑機完成工作所涉及的電信號的處理核心，其功能之一就是產(chǎn)生壓力流量比例調(diào)節(jié)閥所需的和工藝要求所對應的模擬電信號以及其它相關信號；壓力流量比例調(diào)節(jié)閥根據(jù)中央處理器CPU送來的以上信號，通過調(diào)節(jié)油壓以及出油速度將油泵的出力大小和速度控制在工藝要求之下；而電機是供給油泵的動力源。未經(jīng)基于變頻調(diào)速的注塑機節(jié)能改造的電機一般是恒定運行在工頻50HZ。
如前所述，現(xiàn)有技術中采用工頻電源輸入電動機驅(qū)動油泵工作的方式時，在許多不需要極端要求的工藝過程中，工頻電機所提供的部分動力是被白白消耗掉的。如果能根據(jù)工藝要求讓電機提供恰好滿足要求的動力，也就是說在非極端要求情況下適當降低電機的運轉速度，這樣就達到了節(jié)約電能的目的。變頻器就是可以靈活調(diào)節(jié)電機的運轉速度的電氣設備，它可將工頻輸入(50HZ)的交流電源整流逆變?yōu)?0HZ以下頻率的三相交流輸出送電機，來降低電機的運轉速度。當電機低于工頻轉速的轉速速度工作時，所耗電量會隨之下降。
如何從諸多工藝參數(shù)中提取重要而有效的信息是本發(fā)明的重點。因為要實現(xiàn)最大限度的節(jié)能，即最大限度地降低變頻器輸出頻率，也就是電機的運轉速度，與此同時還要保證電機所驅(qū)動的油泵出力要滿足工藝的要求。為了決定變頻器的輸出頻率，就必須提取反映注塑機工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)的有效信號。
圖2、5中的信號采集裝置1為實現(xiàn)上述信號采集的發(fā)明部件。絕大多數(shù)注塑機均配有壓力流量比例調(diào)節(jié)閥，用以調(diào)節(jié)油泵的出力大小和速度，輸入壓力流量比例調(diào)節(jié)閥的信號為反映工藝參數(shù)設定的兩個關鍵模擬信號P和流量比例調(diào)節(jié)信號Q以及反映注塑機現(xiàn)在工作狀態(tài)的幾個開關量電信號。信號采集裝置1快速準確地獲取了上述信號，并將采集的信號轉換為易于處理的模擬量和開關量電平信號。
采用這種壓力流量比例調(diào)節(jié)閥信號獲取方案的好處為一般壓力流量比例調(diào)節(jié)閥進線盒在機器外部，信號采集方便；壓力流量比例調(diào)節(jié)閥為油泵處理調(diào)節(jié)的關鍵性部件，進入壓力流量比例調(diào)節(jié)閥的關鍵信號集中，能夠反映各工藝段要求；壓力流量比例調(diào)節(jié)閥信號多為1安以內(nèi)的電流信號或是20伏左右的電平信號，易于采樣變換和處理；壓力流量比例調(diào)節(jié)閥信號時刻跟隨工藝參數(shù)變化，對其采集的信號處理實時性強。
但是，不一定只有壓力流量比例調(diào)節(jié)閥信號能夠反映注塑機工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)的有效信號，比如注塑機的限位開關，觸摸屏輸出信號，以及中央處理器CPU板的輸出信號都能夠反映一部分或全部的工藝參數(shù)、注塑機工作狀態(tài)信息。但在壓力流量比例調(diào)節(jié)閥上采樣信號的辦法最為簡便，適應性強，對注塑機的軟硬件結構無特別的改動要求。
如何處理信號采集裝置1輸出的信號并最終得到一個變頻器的工作頻率，達到控制電機轉速，從而達到有效節(jié)能是本發(fā)明的難點。它可以用軟件方式實現(xiàn)，也可以采用硬件的方式實現(xiàn)。圖2顯示的是一種軟件處理方式。圖2中的信號處理裝置及變頻器為華為電氣公司設計生產(chǎn)的TD2000交流變頻器，利用它本身具有的2路標準模擬通道(0～10V)和8個多功能輸入端子來接收信號采集裝置1輸出的模擬量和開關量電平信號。其中該TD2000型變頻器的核心控制軟件中就有信號處理部分。此種方式得到合適的變頻器工作頻率的方案最為簡潔有效且成本低，圖4為根據(jù)信號采集裝置1輸出信號合成處理后得到合適的變頻器工作頻率的核心思想。
如圖4所示，構造變頻器輸出頻率函數(shù)的關鍵算法思路如下一、不加“其它信號”輸入的算法(即只有P、流量比例調(diào)節(jié)信號Q)1．采樣P，流量比例調(diào)節(jié)信號Q經(jīng)過兩路信號采集裝置1輸出的0～10V信號Px，Qx；2．確定工藝流程中P，流量比例調(diào)節(jié)信號Q實際最大值與最小值Pmax，Pmin，Qmax，Qmin；3．計算Px，Qx對應所需的變頻器輸出頻率Fp，F(xiàn)qFp=(Pmax-Pmin)*50/PxFq=(Qmax-Qmin)*50/Qx4．計算最終變頻器輸出的頻率FF=a*Fp+b*Fq，其中a＜=1，b＜=1，a+b=1二、加入“其它信號”輸入的算法1～3步驟同上，上面第4步由以下替換采樣信號采集裝置1的編碼電平信號(A，B，C，D…)，根據(jù)各個工藝段調(diào)整修正步驟3得到的頻率Fp，F(xiàn)q得到更加優(yōu)化的輸出頻率F′(多段函數(shù)，對應不同的工藝段A、B、C、D……)a1*Fp+b1*Fq，其中a1＜=1，b1＜=1，a1+b1=1，信號Aa2*Fp+b2*Fq，其中a2＜=1，b2＜=1，a2+b2=1，信號BF′=a3*Fp+b3*Fq，其中a3＜=1，b3＜=1，a3+b3=1，信號Ca4*Fp+b4*Fq，其中a4＜=1，b4＜=1，a4+b4=1，信號D……其中，a，b，a1，b1，a2，b2，a3，b3，a4，b4…的值可以根據(jù)實際情況人為設置或用過自適應算法計算得。
在這里特別要提到，在基于變頻調(diào)速的注塑機節(jié)能方案中并不是一定要求使用華為電氣公司的TD2000變頻器，圖2中的TD2000也可以用其它公司的變頻器產(chǎn)品替代。如果使用其它公司的變頻器產(chǎn)品，除了上述修改變頻器核心軟件的到合適的變頻器工作頻率這種軟件方案以外，還有硬件方案可以實現(xiàn)上述目的，如圖5所示。
圖5中信號處理裝置2是用硬件構造的信號處理功能板，它將信號采集裝置1輸出的信號合成處理為變頻器可以接收的頻率設定信號。變頻器會根據(jù)此信號給使電機運轉于相應的工作頻率和轉速。而合成處理過程的核心思想已在流程圖4表明，就不再復述。
本發(fā)明在深圳某家大型注塑機制造和使用廠家做過充分的試驗。試驗機型為該廠自行生產(chǎn)的注塑機EA80，其電機功率為11KW。
實驗結果表明，無節(jié)能器試驗每小時耗電量為3.643度/小時；有節(jié)能器試驗每小時耗電量為2.042度/小時。安裝節(jié)能器后的節(jié)電效果為(3.643-2.042)/3.643=43.9％。
節(jié)能改造后，未出現(xiàn)爆盤、黏磨問題，經(jīng)長時間試驗運行，產(chǎn)品符合工藝要求，對工藝時間亦無影響；且節(jié)能器安裝簡便、工作可靠；從試驗數(shù)據(jù)看節(jié)能效果極其顯著。考慮到廣泛適用性，單機節(jié)能效果在30％～40％之間。
權利要求
1.一種基于變頻調(diào)速器的注塑機節(jié)能裝置，其特征是它包括信號采集裝置(1)、信號處理裝置(2)，所述信號采集裝置(1)用于接收注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號，并將這些信號轉換后輸入到信號處理裝置(2)；在信號處理裝置(2)中有頻率計算裝置，該頻率計算裝置用于接收從信號采集裝置(1)來的信號并計算出變頻器的頻率值(F)，并將該頻率值(F)輸入到與注塑機的電機相連的變頻器，以控制變頻器的輸出到電機的頻率。
2.如權利要求1所述的基于變頻調(diào)速器的注塑機節(jié)能裝置，其特征是所述信號采集裝置(1)的輸入端與注塑機的壓力流量比例調(diào)節(jié)閥相連，用于輸入壓力流量比例調(diào)節(jié)閥的壓力比例調(diào)節(jié)信號(P)和流量比例調(diào)節(jié)信號(Q)；所述信號采集裝置(1)包括依次相連的信號隔離電路(11)、整形濾波電路(12)、限幅調(diào)整電路(13)。
3.如權利要求1或2所述的基于變頻調(diào)速器的注塑機節(jié)能裝置，其特征是所述信號采集裝置(1)的輸入端至少還與注塑機的下述信號之一相連限位開關信號、觸摸屏輸出信號、中央處理器(CPU)板的輸出信號。
4.一種基于變頻調(diào)速器的注塑機節(jié)能方法，其特征是包括以下步驟采集注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號；根據(jù)輸入的信號計算出變頻器的頻率值(F)；將頻率值(F)輸入到與注塑機電機相連的變頻器。
5.如權利要求4所述的基于變頻調(diào)速器的注塑機節(jié)能方法，其特征是所采集的注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號是注塑機上的壓力流量比例調(diào)節(jié)閥的壓力比例調(diào)節(jié)信號(Px)和流量比例調(diào)節(jié)信號(Qx)；根據(jù)輸入的信號計算出變頻器的頻率值(F)的方法如下式Fp=(Pmax-Pmin)*50/PxFq=(Qmax-Qmin)*50/QxF=a*Fp+b*Fq其中a＜=1，b＜=1，a+b=1，a、b的值是事先人為設定的或用過自適應算法計算的；Pmax、Pmin、Qmax、Qmin分別為整個工節(jié)流程中壓力比例調(diào)節(jié)信號(P)和流量比例調(diào)節(jié)信號(Q)的最大值和最小值。
6.如權利要求4所述的基于變頻調(diào)速器的注塑機節(jié)能方法，其特征是所采集的注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號是注塑機上的壓力流量比例調(diào)節(jié)閥的壓力比例調(diào)節(jié)信號(Px)和流量比例調(diào)節(jié)信號(Qx)，以及下述信號中至少一種限位開關信號、觸摸屏輸出信號、中央處理器(中央處理器CPU)板的輸出信號；根據(jù)輸入的信號計算出變頻器的頻率值(F)的方法根據(jù)不同的工藝段而不同，如下式Fp=(Pmax-Pmin)*50/PxFq=(Qmax-Qmin)*50/Qx對于第一工藝段F=a1*Fp+b1*Fq，其中a1＜=1，b1＜=1，a1+b1=1，對于第二工藝段F=a2*Fp+b2*Fq，其中a2＜=1，b2＜=1，a2+b2=1，對于第三工藝段F=a3*Fp+b3*Fq，其中a3＜=1，b3＜=1，a3+b3=1，對于第四工藝段F=a4*Fp+b4*Fq，其中a4＜=1，b4＜=1，a4+b4=1?！渲衋1，b1，a2，b2，a3，b3，a4，b4…的值可以根據(jù)實際情況人為設置或用過自適應算法計算得到，Pmax、Pmin、Qmax、Qmin分別為整個工節(jié)流程中壓力比例調(diào)節(jié)信號(P)和流量比例調(diào)節(jié)信號(Q)的最大值和最小值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于變頻調(diào)速器的注塑機節(jié)能裝置及方法,該裝置包括信號采集裝置、信號處理裝置,信號采集裝置用于接收注塑機的工藝參數(shù)設置和工作狀態(tài)信號,并將這些信號轉換后輸入到信號處理裝置;信號處理裝置計算出變頻器的頻率值,并將該頻率值輸入到與注塑機的電機相連的變頻器,以控制變頻器輸出到電機的頻率。在非極端要求情況下就可以適當降低電機的運轉速度,保證了注塑機的正常生產(chǎn),又有效地節(jié)約了電能。
文檔編號B29C45/76GK1295912SQ0013075
公開日2001年5月23日 申請日期2000年10月18日 優(yōu)先權日2000年10月18日
發(fā)明者姜仲文, 齊勇 申請人:深圳市華為電氣技術有限公司