CN101754509A

CN101754509A - 程序控制高频熔接机运行的方法及电路

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Publication number: CN101754509A
Application number: CN200810241296A
Authority: CN
Inventors: 陈建
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-06-23

Abstract

一种程序控制高频熔接机运行的方法，采用可编程序逻辑控制器精确控制高频熔接机的工作电流。通过在熔接机高频振荡电子管阴极电路中设置采样电阻，将该电阻上的电压降输入PLC或MCU，由其中的CPU根据欧姆定律计算出阴极电流值I_ca，将所述阴极电流值I_ca与预设的电流值I_ref进行比较，比较的差值用来控制高频熔焊设备的机械动作。所述方法及按照该方法设计的电路能够精确控制高频熔焊设备的高频输出电流，大大提高高频熔接机被熔接产品的合格率。同时，采用了PLC或MCU的高频熔接机的设计、安装、调试工作量简少，配线电路简化，设备维修工作量小，维修方便，并进一步降低了设备的故障频率。

Description

程序控制高频熔接机运行的方法及电路

技术领域本发明涉及利用高频电场加热、熔接塑料介质的设备，特别是涉及用可编程序逻辑控制器精确控制高频熔接机运行的方法及电路。

背景技术高频塑胶熔接设备是通过高频振荡电路产生27.12MHz或40.68MHz的工业微波频率，塑胶件在微波场中能迅速均匀地被加热，在夹具或模具外加压力的作用下实现融熔焊接，其工作原理和我们在日常生活中使用微波炉加热食品相当。该设备主要用于聚氯乙烯PVC、改性聚对苯二甲酸乙二酯APET、PETG、AGA、TPU、乙烯-乙酸乙烯共聚物EVA等软硬胶片定型、熔接和熔断，真皮、人造合成皮革等定型、熔接和熔断，以及PVC、APET、PETG、AGA软硬胶片与纸卡间的定型、熔接和熔断。

现有技术高频熔接设备控制高频率输出电流大小一般采用：方法一，调节高频振荡时间；方法二，如图5所示，在振荡电路的高压近地端，即电子管阴极电路中串联10Ω30W的可调节电阻9，在该可调节电阻9两端并联直流6V继电器8，通过继电器8的动作来控制高频输出电流，而改变继电器8动作对应的电子管阴极电流值则要靠改变可调节电阻9的阻值来实现。如所周知的欧姆定律有I＝U/R，式中I为熔接时的阴极电流，U为继电器8的动作电压，R为可调电阻9的阻值。在高频振荡时间、气压和辅助温度都是一定的情况下，所需高频输出电流控制在相应的阴极电流为0.5A时，产品熔接效果最佳，此时直流6V继电器8动作电压为4.8V，可以计算出可调节电阻9需要调节的电阻值为：

R＝U/I＝4.8/0.5＝9.6Ω

如果所述阴极电流要控制在0.8A，产品熔接效果最佳，此时直流6V继电器8动作电压仍为4.8V，则可以计算出可调电阻9调节的电阻值为：

R＝U/I＝4.8/0.8＝6Ω

由于直流6V继电器8动作所需电压不稳定(在实际使用中，直流6V继电器的动作电压并非必须直流6V，电压达到4.5V～5.0V就动作了)，而且动作迟钝；可调节电阻调节不方便，全凭手感来调节，很难达到所要控制的电阻值，所以对高频输出电流的精确控制也很难做到。高频率输出电流是一个变量，随着熔接时间延续，所述高频率输出电流会增大。因为塑胶件在高频率微波场中加热熔接时，熔接部位不断熔化变薄，导致上下夹具(模具)之间距离减小，从而令高频输出电流不断增大。如果不能准确有效地控制该高频输出电流，就很容易造成塑胶件报废、夹具或模具损坏。

现有技术高频塑胶熔接设备在运行及生产厂商生产该设备过程中经常会出现如下故障：

1.塑胶件有时熔接不上，或熔接过熟，造成塑胶件损坏报废；

2.上下夹具或模具间易出现高压放电(打火)，导致夹具或模具损坏。

出现这些现象主要是高频输出电流不稳定，难以控制，因此，准确控制高频输出电流是解决塑胶工件熔接效果欠佳的关键。

同时，现有高频熔接设备的机械动作完全是采用电磁的时间继电器、中间继电器以及机械计数器来控制，见图6。设备生产运作中因所用继电器的质量问题，包括触点接触不良、动作反应迟钝及动作上下衔接不上等引起多种电气故障；其电路复杂，配线繁锁，耗工耗料，生产周期长，故障频率高，维修也很不方便。因此，如何能够准确控制高频输出电流使高频熔接设备准确动作是现有技术亟待解决的问题。

现有技术使用可编程序逻辑控制器PLC于工业生产控制已经十分成熟，本发明将此项技术用于控制高频熔接机的工作电流应不失为一种明智的选择。所述PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业控制下应用而设计，图7是它的电原理框图。

发明内容本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种能精确控制高频熔焊设备高频输出电流的方法及电路。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：提出一种程序控制高频熔接机运行的方法，用于按设定值I_ref精确控制高频振荡电子管的阴极电流值I_ca，并在达到所述设定值I_ref的同时迅即撤除电子管的乙电源B+高压，令阴极电流I_ca归零；所述方法包括以下步骤：

a.在所述高频振荡电子管的阴极电路中设置电流传感器，以该电流传感器的输出电压作为所述电子管的阴极电流I_ca的模拟量U_I；

b.为所述高频熔接机的控制系统添加智能控制环节——可编程序逻辑控制器PLC或微控制器MCU，并辅以输入输出I/O模块和配置编程器；

c.按照所述“在达到所述设定值I_ref的同时迅即撤除电子管的乙电源B+高压”的要求编制用户程序，使用梯形图语言或命令语言，即指令或助记符，借助编程器键入，将编制好的用户程序存入所述PLC或MCU的用户程序存储器；

d.通过高频熔接机上与PLC或MCU相连的输入设备输入所述阴极电流设定值I_ref；

e.所述高频熔接机接通电源启动后，所述阴极电流I_ca的模拟量U_I经所述I/O模块的相应端子输入所述PLC或MCU，经其中的CPU计算得到阴极电流的实测值I_ca，并与已经输入PLC或MCU的阴极电流设定值I_ref不断比较；

f.当实测阴极电流值I_ca大于等于设定值I_ref，所述PLC或MCU经I/O模块输出开关量操作电子管的高压电源接触器释放，撤除电子管的乙电源B+。

本发明解决所述技术问题还可以通过进一步采取以下措施来实现：设计、使用一种程序控制高频熔接机运行的电路，该电路含有电子管、直流电流表和采样电阻，尤其是，所述电路中还包括PLC或MCU，该PLC或MCU的用户程序存储器中存储有用户程序，用于精确控制所述高频熔接机的熔接电流值和一系列辅助动作；所述采样电阻为固定电阻，所述采样电阻和直流电流表一起串联在所述电路的高压负极末端，该采样电阻的两端分别与PLC或MCU的I/O模块输入端子相连；所述PLC或MCU的I/O模块的输出端子与接通/开断高频熔接机振荡电路乙电源B+的接触器K的驱动电路相连。

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

1.能精确控制高频熔焊设备高频输出电流，提高产品合格率及其质量；

2.可以提高高频熔焊设备运行的可靠性，抗干扰能力强；

3.减少系统的设计、安装、调试工作量，简化配线电路，并降低设备的故障频率；

4.减少设备维修工作量，维修更加方便；

5.降低能耗。

附图说明

图1是本发明用PLC控制高频熔接机运行的方法之电原理示意图；

图2是所述本发明方法设置电流传感器的优选实施例，串联采样电阻R_sam的电路原理图；

图3是本发明程序控制高频熔接机运行的电路之优选实施例接线示意图；

图4是所述本发明程序控制电路优选实施例的梯形图；

图5是现有技术调节电子管阴极电路采样电阻值以控制阴极电流上限值的电路原理图；

图6是现有技术电磁继电器和机械计数器控制高频熔接机运行的接线示意图；

图7是现有技术可编程序控制器PLC的原理框图。

具体实施方式以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

本发明用于按设定值I_ref精确控制高频振荡电子管的阴极电流值I_ca，并在达到所述设定值I_ref的同时迅即撤除电子管的乙电源B+高压，令阴极电流I_ca归零；所述方法包括以下步骤：

a.在所述高频振荡电子管的阴极电路中设置电流传感器3，所述电流传感器3可以是采样电阻4，或者霍尔器件和直流互感器，以该电流传感器3的输出电压作为所述电子管的阴极电流I_ca的模拟量U_I；

b.为所述高频熔接机的控制系统添加智能控制环节——可编程序逻辑控制器PLC或微控制器MCU 7，并辅以输入输出I/O模块72和配置编程器；

c.按照所述“在达到所述设定值I_ref的同时迅即撤除电子管的乙电源B+高压”的要求编制用户程序，编制该用户程序的流程如下：

c1、在所述PLC或MCU 7中确定所述阴极电流设定值I_ref，；

c2、将PLC或MCU 7的I/O模块72采集到的电子管阴极电路采样电阻4两端的电压值U_I存入系统寄存器；

c3、由PLC或MCU 7内的CPU根据欧姆定律I＝U/R计算出所述电子管阴极电流实测值I_ca；

c4、将阴极电流的实测值I_ca与已输入PLC或MCU 7的阴极电流设定值I_ref不断比较；

c5、判断实测阴极电流值I_ca是否大于等于设定值I_ref；

c6、通过步骤c5的判断结果，由所述PLC或MCU 7经I/O模块72输出相应的开关量。最后，使用梯形图语言或命令语言，即指令或助记符，借助编程器键入，将编制好的用户程序存入所述PLC或MCU 7的用户程序存储器；

d.通过高频熔接机上与PLC或MCU 7相连的输入设备输入所述阴极电流设定值I_ref；本步骤需要首先为所述PLC或MCU 7的I/O模块72与采样电阻4相连接的输入端编址，再将所述采样电阻4的两端以及所述阴极电流设定值I_ref对应的模拟电压值U_I分别联接至相应的I/O模块72各输入端子；

e.所述高频熔接机接通电源启动后，所述阴极电流I_ca的模拟量U_I经I/O模块72的相应端子输入PLC或MCU 7，用户程序开始运行，经其中的CPU计算得到阴极电流的实测值I_ca，并与已经输入PLC或MCU 7的阴极电流设定值I_ref不断比较；

f.当实测阴极电流值I_ca大于等于设定值I_ref，所述PLC或MCU 7经I/O模块72输出开关量操作电子管的高压电源接触器2释放，撤除电子管的乙电源B+。

本发明电路含有电子管1、直流电流表5和采样电阻4，尤其是，所述电路中还包括PLC或MCU 7，该PLC或MCU 7的用户程序存储器中存储有用户程序，用于精确控制所述高频熔接机的熔接电流值和一系列辅助动作；所述采样电阻4为30W4Ω固定电阻，采样电阻4和直流电流表5一起串联在所述电路的高压负极末端，该采样电阻4的两端分别与PLC或MCU 7的I/O模块72输入端子相连，并且在采样电阻4的一端与PLC或MCU 7的I/O模块72输入端子之间还串联了用于抗干扰的10mH带磁芯电感线圈6；同时，将PLC或MCU 7的I/O模块72的输出端子与接通/开断高频熔接机振荡电路乙电源B+的接触器2的驱动电路相连，如图2所示。

目前，市面上有许多不同品牌、由不同厂家生产的PLC以及显示屏，尽管他们的编程语言和指定系统的功能与表达式不一致，编程语言也有多种方法：顺序功能图、功能块图、梯形图、指定表(语句表)、结构文本等，但其控制的目的或结果几乎相同。有关PLC的基础知识和用户程序编制方法可参阅《电气工程师手册》，第二版，第713页至719页，机械工业出版社，2000年出版。

本发明的PLC优选使用德维森科技(矩形科技)生产的V80-M32DR-AC(32点PLC)+V80-E8AD2(模块)，图3是一台利用该PLC控制高频输出电流的8KW全自动高频同步熔断机的接线示意图。

以上述PLC控制的一台8KW全自动高频同步熔断机为基础编制的“当所述阴极电流I_ca大于等于设定值I_ref，PLC或MCU经I/O模块输出开关量驱动接触器K开断”的用户控制程序优选梯形图如图4所示，由V80-E8AD2模块采样到高频振荡电路中采样电阻4两端的瞬间电压，并将采样到的电压值通过转换送入V80-M32DR-AC进行计算，具体流程说明如下：

上述PLC额定的采样电压范围为0～10V直流电压，该PLC设置的与其相对应的数值是0～65535，熔断机运行时，所述PLC通过V80-E8AD2的模拟通道可采集到采样电阻4在对应数值0～65535范围中的某一数值，该采样到的数值即为采样电阻4上的电压降落U_I在PLC中的映射数值，而要将该采样数值转换为对应的电压值，可使用计算公式：

采样电阻4的瞬间电压值＝(PLC采样的数值÷65535)×10V

根据上式计算出采样电阻4的瞬间电压值，再根据欧姆定律I＝U/R计算出所述电子管阴极电流值I_ca，最后将电子管阴极电流值I_ca与设定值I_ref进行比较。

梯形图电流值计算功能块分为MULB、DIVB、DVBM、SUBB四个。

其中，MULB功能块将该PLC采样到的对应数值存入地址为30006的寄存器，由于PLC不能进行小数运算，需要将该采样数值扩大1000倍，根据上述采样电阻4瞬间电压值的计算公式，需要再将扩大后的对应数值乘以10V，最后，MULB功能块将地址为30006存储器中存储的采样值乘以立即值10000所得的数值存入地址为40102的寄存器；

DIVB功能块将地址为40102寄存器中的数值除以65535可得出采样电阻4的瞬间电压值，并将采样电阻4的瞬间电压值存入地址为40103的寄存器；

由于采样电阻的阻值精确到0.1，为保证PLC正确进行运算，必须将阻值为4Ω的采样电阻4的阻值放大10倍计算，因此，DVBM功能块根据欧姆定律I＝U/R将地址为40103寄存器中存储的采样电阻4的瞬间电压值除以放大后的采样电阻4阻值40计算出阴极电流值I_ca并将其存入地址为40104的寄存器；

SUBB功能块将计算出的阴极电流值I_ca与存储在地址为45008寄存器中的设定值I_ref进行比较。当电子管的阴极电流值I_ca达到所要控制的高频输出熔接电流值I_ref时，PLC通过输出开关量对高频熔接机的动作进行控制。

从图4的梯形图程序可以看到，控制高频熔焊机高频输出电流的程序过程又简单又方便，特别是电流模拟量输入计算相当的精确，从而实现对高频熔接机运行的精确控制。

同时，由于PLC计算过程中将电压值放大了1000倍，阻值放大了10倍，因此，计算出的电流值I_ca实际放大了100倍，这时，只需将所述电流值I_ca在显示屏上设置的小数点向左移两位，显示屏上显示的即为实际高频输出电流值，使用户能够更加直观地观察到设备的输出电流。

以上8KW全自动高频同步熔断机控制高频输出电流是本发明的最佳实施例，此外，随着本领域技术的发展，还会出现更高功率的高频同步熔断机，采样电阻4还可以根据不同功率熔断机的高频振荡电子管阴极电流来更换不同阻值的固定电阻，以便适应上述实施例中PLC的额定采样电压，使该PLC能够应用在不同功率的高频同步熔断机上，达到重复利用，降低成本的目的。

另外，因高频振荡电路产生的微波对PLC、显示屏及通信线路有干扰，可能造成程序错乱、显示花屏，因此，可将PLC、显示屏安装在金属箱中进行屏蔽，通信采用屏蔽线再外加金属管良好接地，这样就很好地解决了屏蔽问题。

Claims

1.一种程序控制高频熔接机运行的方法，用于按设定值I_ref精确控制高频振荡电子管阴极电流值I_ca，并在达到所述设定值I_ref的同时迅即撤除电子管的乙电源B+高压，令阴极电流I_ca归零；所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的程序控制高频熔接机运行的方法，其特征在于：所述高频振荡电子管的阴极电路中设置的电流传感器是串联在该阴极电路中的采样电阻R_sam，或者是霍尔器件，也可以是直流互感器。

3.根据权利要求2所述的程序控制高频熔接机运行的方法，其特征在于：将采样电阻R_sam的阻值和该电阻上的电压降落U_I通过PLC或MCU的I/O模块的相应端子输入到PLC或MCU中，并还包括如下分步骤：

d1.为所述PLC或MCU的I/O模块与采样电阻R_sam相连接的输入端编址；

d2.将所述采样电阻R_sam的两端以及所述阴极电流设定值I_ref对应的模拟电压值U₁分别联接至相应的I/O模块各输入端子。

4.根据权利要求2所述的程序控制高频熔接机运行的方法，其特征在于：所述步骤c编制的用户程序还包括如下分步骤：

c1.将PLC或MCU的I/O模块采集到的所述电子管阴极电路采样电阻R_sam两端的电压值U_I存入系统寄存器；

c2.由PLC或MCU内的CPU根据欧姆定律I＝U/R计算出所述电子管阴极电流实测值I_ca。

5.根据权利要求1或2所述的程序控制高频熔接机运行的方法，其特征在于：所述步骤f中，PLC或MCU通过I/O模块的相应端子输出开关量来控制所述电子管的高压电源接触器K释放，并且还包括如下分步骤：

f1.为PLC或MCU的I/O模块的输出端编码，将所述高频熔接机接入/开断屏极高电压B+的接触器K的驱动电路接至所述I/O模块的相应输出端子；

f2.根据PLC或MCU的CPU计算结果，输出相应的开关量来控制撤除电子管的屏极高电压B+，令阴极电流I_ca归零。

6.一种程序控制高频熔接机运行的电路，含有电子管(1)、直流电流表(5)和采样电阻(4)，其特征在于：所述电路中还包括PLC或MCU(7)，该PLC或MCU(7)的用户程序存储器中存储有用户程序，用于精确控制所述高频熔接机的熔接电流值和一系列辅助动作；所述采样电阻(4)为固定电阻，所述采样电阻(4)和直流电流表(5)一起串联在所述电路的高压负极末端，该采样电阻(4)的两端分别与PLC或MCU(7)的I/O模块(72)各输入端子相连；所述PLC或MCU(7)的I/O模块(72)的输出端子与接通/开断高频熔接机振荡电路乙电源B+的接触器(2)的驱动电路相连。

7.根据权利要求6所述的程序控制高频熔接机运行的电路，其特征在于：所述采样电阻(4)的一端与PLC或MCU(7)的I/O模块(72)相应输入端子之间还串联了用于抗干扰的扼流线圈(6)。

8.根据权利要求6所述的程序控制高频熔接机的电路，其特征在于：所述采样电阻(4)是30W4Ω的固定电阻；所述扼流线圈(6)是10mH的带磁芯电感线圈。