DELTA PUTNC-H6 CNC applications in high-speed camshaft grinder
左濤台達吳江應用技術中心
摘要： 本文主要闡述如何利用台達C2000通用型變頻器內嵌的PLC功能來構建注塑機壓力流量控製方案，以滿足注塑機壓力流量閉環控製的要求。從而為客戶提供更加經濟的注塑機變頻器控製方案。
Abstract: In this paper, one solution is proposed which makes use of PLC inside C2000 Inverter for building PQC control for Injection Molding Machine, and it can realize the Pressure & Quantity closed loop control for Injection Molding Machine。So providing customers with more economical injection molding machine drive control scheme.
關鍵詞： PLC 變頻器 注塑機 壓力流量 閉環控製
Key Words：PLC Inverter Injection Machine Pressure Flow Closed-loop Control
1. 引言
注塑機是將熱塑性塑料或熱固性料利用塑料成型模具製成各種形狀的塑料製品的主要成型設備，能一次成型外型複雜、尺寸精確或帶有金屬嵌件的質地密致的塑料製品，被廣泛應用於國防、機電、汽車、交通運輸、建材、包裝、農業、文教衛生及人們日常生活各個領域。在塑料工業迅速發展的今天，注塑機的生產總數占整個塑料成型設備的20%-30%，是目前塑料機械中增長最快、生產數量最多的機種之一。
2. 注塑機概述
zhusuchengxingjishiliyongsujiaoderewulixingzhi，bawuliaocongliaodoujiaruliaotongzhong，liaotongwaiyoujiarequanjiare，shiwuliaorongrong，zailiaotongneizhuangyouwaidonglimadazuoyongxiaqudongxuanzhuandeluogan，wuliaozailuogandezuoyongxia，yanzheluocaoxiangqianshusongbingyashi，wuliaozaiwaijiareheluoganjianqiedeshuangzhongzuoyongxiazhujiandisuhua、熔rong融rong和he均jun化hua。當dang螺luo杆gan旋xuan轉zhuan時shi，物wu料liao在zai螺luo槽cao摩mo擦ca力li和he剪jian切qie力li的de作zuo用yong下xia，把ba已yi熔rong融rong的de物wu料liao推tui到dao螺luo杆gan的de頭tou部bu，與yu此ci同tong時shi，螺luo杆gan在zai物wu料liao的de反fan作zuo用yong下xia後hou退tui，使shi螺luo杆gan頭tou部bu形xing成cheng儲chu料liao空kong間jian，完wan成cheng塑su化hua過guo程cheng，然ran後hou，螺luo杆gan在zai注zhu射she油you缸gang的de活huo塞sai推tui力li的de作zuo用yong下xia，以yi高gao速su、高壓，將儲料室內的熔融料通過噴嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料經過保壓、冷卻、固化定型後，模具在合模機構的作用下，開啟模具，並通過頂出裝置把定型好的製品從模具頂出落下。其工藝如圖1所示。
圖1 注塑機工藝流程圖
圖1中zhong傳chuan統tong的de注zhu塑su機ji係xi統tong中zhong保bao壓ya與yu冷leng卻que工gong藝yi是shi最zui為wei耗hao電dian的de，其qi原yuan因yin在zai於yu傳chuan統tong的de注zhu塑su機ji是shi靠kao溢yi出chu閥fa和he流liu量liang閥fa來lai控kong製zhi注zhu塑su機ji係xi統tong的de壓ya力li和he流liu量liang的de，而er油you泵beng馬ma達da則ze一yi直zhi是shi工gong頻pin運yun轉zhuan，在zai保bao壓ya和he冷leng卻que時shi，其qi並bing不bu需xu要yao馬ma達da的de運yun轉zhuan，隻zhi需xu要yao保bao證zheng需xu要yao的de壓ya力li或huo根gen本ben無wu需xu壓ya力li輸shu出chu。測ce試shi馬ma達da若ruo一yi直zhi運yun轉zhuan，雖sui然ran靠kao溢yi出chu閥fa和he流liu量liang閥fa能neng夠gou讓rang係xi統tong的de壓ya力li值zhi達da到dao所suo需xu數shu值zhi，但dan是shi馬ma達da消xiao耗hao的de不bu必bi要yao電dian能neng很hen多duo。因yin此ci，目mu前qian注zhu塑su機ji係xi統tong的de主zhu流liu技ji術shu為wei油you電dian混hun合he型xing，即ji通tong過guo變bian頻pin器qi來lai控kong製zhi馬ma達da的de轉zhuan速su，上shang位wei機ji下xia達da的de壓ya力li和he流liu量liang命ming令ling直zhi接jie進jin入ru變bian頻pin器qi內nei，完wan成cheng壓ya力li和he流liu量liang的de閉bi環huan控kong製zhi，保bao證zheng壓ya力li和he流liu量liang的de同tong時shi，減jian少shao不bu必bi要yao的de電dian能neng消xiao耗hao。通tong過guo大da量liang的de實shi踐jian證zheng明ming，采cai用yong油you電dian混hun合he的de注zhu塑su機ji係xi統tong較jiao傳chuan統tong的de純chun油you壓ya的de注zhu塑su機ji係xi統tong要yao省sheng電dian50%以上。如圖2所示。
圖2油電混合與純油壓注塑機係統耗電狀況對比
傳統注塑機的係統結構如圖3所(suo)示(shi)。上(shang)位(wei)機(ji)通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)溢(yi)出(chu)閥(fa)和(he)流(liu)量(liang)控(kong)製(zhi)閥(fa)來(lai)保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)的(de)壓(ya)力(li)和(he)流(liu)量(liang)給(gei)定(ding)，采(cai)用(yong)油(you)電(dian)混(hun)合(he)方(fang)式(shi)的(de)注(zhu)塑(su)機(ji)係(xi)統(tong)則(ze)完(wan)全(quan)可(ke)以(yi)省(sheng)去(qu)溢(yi)出(chu)閥(fa)和(he)流(liu)量(liang)控(kong)製(zhi)閥(fa)，而(er)通(tong)過(guo)上(shang)位(wei)機(ji)控(kong)製(zhi)變(bian)頻(pin)器(qi)去(qu)實(shi)現(xian)壓(ya)力(li)和(he)流(liu)量(liang)控(kong)製(zhi)。
圖3純油壓注塑機係統結構圖
圖4是基於台達HES注zhu塑su機ji係xi統tong的de油you電dian混hun合he注zhu塑su機ji係xi統tong結jie構gou圖tu，上shang位wei機ji將jiang壓ya力li和he流liu量liang命ming令ling直zhi接jie交jiao給gei台tai達da油you電dian混hun合he伺si服fu驅qu動dong器qi，驅qu動dong器qi將jiang會hui自zi行xing進jin行xing壓ya力li和he流liu量liang的de閉bi環huan控kong製zhi。
圖4油電混合注塑機係統結構圖
3. 台達油電混合注塑機係統方案
3.1 台達注塑機 PQC 控製思想
圖4中已經將基於HES的台達油電混合注塑機係統展示了出來，所謂HES是由台達VJ驅動器（台達油電伺服驅動器）、台達伺服馬達、配套的內齒輪泵和壓力傳感器組成的一套係統，其核心部分是VJ驅動器。該驅動器隻所以稱為油電混合伺服驅動器，首先是因為其可以驅動同步馬達，具備伺服控製特性；此外VJ具備PQC控kong製zhi模mo式shi，即ji壓ya力li與yu流liu量liang閉bi環huan控kong製zhi，從cong而er能neng夠gou實shi現xian係xi統tong壓ya力li和he流liu量liang的de回hui授shou運yun行xing，不bu但dan能neng夠gou節jie省sheng電dian能neng，還hai能neng保bao證zheng上shang位wei機ji的de壓ya力li與yu流liu量liang命ming令ling得de到dao執zhi行xing。基ji於yuVJ驅動器的PQC控製框圖如圖5所示。
圖5中，液壓控製係統即是PQC控製，其思想為壓力命令與壓力回授進行閉環PI控製調節，同時流量命令作為壓力PI控製的輸出限製，從而利用壓力PIbihuandekuaisuxing，kongzhixitongyaligensuiyalimingling，bingbaozhengxitongliuliangkongzhizailiuliangminglingzhinei。zheshichongfenliyongliuliangyupinlvduiying，yaliyuzhuanjuduiyingdeguanxi。
圖5 PQC控製框圖
3.2 基於 C2000 內部 PLC 的注塑機方案
VJ驅動器作為注塑機專用驅動器，內置PQC控(kong)製(zhi)環(huan)，可(ke)以(yi)簡(jian)單(dan)有(you)效(xiao)地(di)進(jin)行(xing)注(zhu)塑(su)機(ji)係(xi)統(tong)壓(ya)力(li)和(he)流(liu)量(liang)控(kong)製(zhi)。但(dan)是(shi)由(you)於(yu)注(zhu)塑(su)機(ji)客(ke)戶(hu)應(ying)用(yong)要(yao)求(qiu)的(de)高(gao)低(di)不(bu)同(tong)，並(bing)不(bu)是(shi)所(suo)有(you)客(ke)戶(hu)都(dou)指(zhi)定(ding)需(xu)要(yao)專(zhuan)用(yong)驅(qu)動(dong)器(qi)進(jin)行(xing)馬(ma)達(da)驅(qu)動(dong)。盡(jin)管(guan)專(zhuan)用(yong)驅(qu)動(dong)器(qi)具(ju)備(bei)驅(qu)動(dong)精(jing)確(que)、節能明顯等特點，但是價格的考慮使得客戶更願選擇比較經濟的方案。
台達C2000通用型變頻器可以滿足這類客戶的需求。C2000不僅具備同步馬達驅動能力，同時還內置了PLC功能，即可以進行一定範圍內的PLC程序編譯，這為C2000進行注塑機應用提供了可行的條件。考慮到C2000並沒有VJ所具有的PQC控製環，因此必須通過內部PLC來進行程序編輯以實現PQC控製環。
先將圖5的控製思想簡化如圖6。從圖6中可以看出，壓力輸入對於C2000來說隻是0～10V的模擬量，壓力回授同樣對於C2000來說也隻是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，並且通過內部PLC的模擬量PID指令，進行壓力閉環PI控製程序編寫，再將流量命令的輸入模擬量轉換為頻率命令，並寫入模擬量PI輸出限製參數內，完成功能的實現。
圖6 PQC等效控製
再將圖6結合C2000的模擬量通道變為如圖7所示的PQC控製。根據圖7的思想進行C2000內部PLC程序編寫，主要的指令為FPID與FREQ兩個，其中FPID指令已經將PID回授與對應的頻率進行了自動的變換，例如若01-00=50Hz，那麼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，其隻是簡單的將頻率命令以0.01的單位進行輸出，因此，ACI輸入數值後，變頻器內部PLC需要將其數值進行必要的轉換，變成對應的頻率值。
圖7 基於C2000模擬量通道的PQC控製
以01-00=50Hz為例，ACI輸入與對應的頻率值關係從圖8中看以看出，這是一個線性方程的關係，可以推算ACI=5*F-Value/10。同理，AUI作為流量輸入，其模擬量與對應的頻率值的關係也是相似的，隻不過AUI對應之頻率值需要作為模擬PID的輸出限製而已，ACI與AUI對應頻率值計算的PLC程序如圖9。
圖8 ACI與頻率值對應關係
圖9 ACI AUI頻率值計算程序
在圖9中，以01-00=50HZ進行編寫，測試正常後，以01-00為任意值進行編寫，完整的PLC程序如圖10。
圖10 PLC完整程序
4. 結束語
油(you)電(dian)混(hun)合(he)型(xing)注(zhu)塑(su)機(ji)係(xi)統(tong)因(yin)通(tong)過(guo)變(bian)頻(pin)器(qi)實(shi)現(xian)壓(ya)力(li)和(he)流(liu)量(liang)的(de)閉(bi)環(huan)調(tiao)節(jie)，從(cong)而(er)節(jie)省(sheng)了(le)大(da)量(liang)的(de)電(dian)能(neng)。但(dan)是(shi)由(you)於(yu)注(zhu)塑(su)機(ji)客(ke)戶(hu)的(de)層(ceng)次(ci)不(bu)同(tong)，並(bing)不(bu)是(shi)每(mei)個(ge)注(zhu)塑(su)機(ji)客(ke)戶(hu)都(dou)需(xu)要(yao)專(zhuan)用(yong)的(de)注(zhu)塑(su)機(ji)油(you)電(dian)伺(si)服(fu)驅(qu)動(dong)器(qi)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)。而(er)台(tai)達(da)C2000通用型變頻器，通過豐富的模擬量通道以及內部PLC功能，可以模仿VJ驅動器的PQC控製環功能，從而提供客戶更加經濟的注塑機變頻器控製方案。
作者簡介：
左濤，出生於1985年10月，畢業於沈陽工業大學 ，控製理論與控製工程碩士學位，現任台達電子集團機電事業部專案經理，從事台達IABU一體化方案製定與市場策略開發，工作區域包括中國大陸地區、印度、歐洲、非洲和中東地區。
