CN110413014B - 一种铝材挤压机速度控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种铝材挤压机速度控制电路，速度检测调理电路运用差动放大器计算出速度给定信号和检测速度信号的差值信号，经反相除法器计算出比重，并经加法器计算出调幅系数，所述电源谐振电路接收正弦波频率电源信号，触发三极管Q1为核心的振荡电路振荡，并通过分压电压反馈、改变振荡频率，实现与正弦波频率电源信号谐振，之后进入变频电路，在差值信号的控制下，通过三极管Q2、串联的电容C10和变容二极管DC3、变容二极管DC2、串联的电阻R19和MOS管T1漏源间阻值组成的可变振荡频率的振荡电路振荡产生变频后的正弦波频率电源信号，进入调幅电路中乘法器IC1与调幅系数进行相乘，得出变频、调幅后的正弦波频率电源信号，以此实现半闭环速度控制。

Description

一种铝材挤压机速度控制电路
技术领域
本发明涉及挤压机控制技术领域，特别是涉及一种铝材挤压机速度控制电路。
背景技术
铝材挤压机是对铝型材料进行挤压定型的设备，要保证挤压产品的质量以及挤压效率，所以挤压机的挤压速度控制对产品生产有着重要的意义，现有技术中对挤压机挤压速度进行控制时，通常采用VFD技术-也即PLC和变频器输出指定频率和电压的交流电去驱动交流电机，交流电机带动定量油泵按照对应的转速旋转，输出连续变化的流量，实现挤压速度的控制，并设置速度传感器检测产品的挤出速度，反馈给PLC，PLC计算出修正后控制信号到变频器，对输出的频率进行校正，实现挤压速度的闭环控制，此种方法能达到更高的速度精度、节能、有效，但由于闭环系统的反馈，增加了PLC和变频器系统安装调试的复杂性，并造成了系统控制的滞后性。
所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种铝材挤压机速度控制电路，具有构思巧妙、人性化设计的特性，通过速度给定信号和检测速度信号的差值信号直接去控制修正变频器根据给定的速度信号输出的正弦波频率电源信号实现半闭环控制，有效的解决了闭环控制造成的PLC和变频器系统安装调试的复杂性、系统控制的滞后性的问题。
其解决的技术方案是，包括速度传感器、PLC、变频器、铝材挤压机，所述速度传感器将检测的铝材挤压机挤压时的速度信号反馈给PLC，PLC输出修正后控制信号到变频器，由变频器根据修正信号控制铝材挤压机的挤压机电机转速，实现挤压速度的闭环控制，其特征在于，速度传感器将检测的铝材挤压机定速挤压时的速度信号经速度检测调理电路、电源谐振电路、变频电路、调幅电路处理后作挤压机电机电源，以此实现半闭环速度控制；
所述速度检测调理电路运用差动放大器计算出速度给定信号和检测速度信号的差值信号，之后经反相除法器计算出差值信号与速度给定信号的比重，并经加法器AR3计算出调幅系数后输出，所述电源谐振电路接收变频器根据给定速度信号加到挤压机电机上的正弦波频率电源信号，触发三极管Q1为核心的振荡电路振荡，并通过RLC并联电路产生阻抗与电阻R11和电阻R12产生的分压电压反馈到振荡电路改变振荡频率，实现与正弦波频率电源信号谐振，之后进入变频电路，通过三极管Q2、串联的电容C10和变容二极管DC3、变容二极管DC2、串联的电阻R19和MOS管T1漏源间阻值组成的可变振荡频率的振荡电路振荡产生变频后的正弦波频率电源信号，进入调幅电路中乘法器IC1与调幅系数进行相乘，得出变频、调幅后的正弦波频率电源信号，最后经升压后作挤压机电机电源，以此实现半闭环速度控制。
优选的，所述变频电路包括电容C9，电容C9的一端连接三极管Q1的集电极，电容C9的另一端分别连接三极管Q2的基极、电阻R17的一端、电阻R18的一端，三极管Q2的发射极分别连接变容二极管DC2的负极、变容二极管DC3的负极、电阻R19的一端、电感L8的一端，电阻R18的另一端分别连接变容二极管DC2的负极、电阻R19的另一端、MOS管T1的漏极，MOS管T1的源极分别漏极接地电阻R21的一端、接地电容C12的一端，MOS管T1的栅极连接电阻R20的一端，电阻R20的另一端分别连接接地电解电容E1的负极、电感L8的另一端、接地电容C11的一端、运放AR1的输出端，三极管Q2的集电极分别连接电感L7的一端、电容C10的一端，电容C10的另一端连接变容二极管DC3的正极，电感L7的另一端和电阻R17的另一端连接电源+5V。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：1，正弦波频率电源信号通过三极管Q2、串联的电容C10和变容二极管DC3、变容二极管DC2、串联的电阻R19和MOS管T1漏源间阻值组成的可变振荡频率的振荡电路振荡产生变频后的正弦波频率电源信号，其中正弦波频率电源信号的频率由速度检测调理电路输出的差值信号分两路控制，一路作反偏电压改变变容二极管DC3、变容二极管DC2的电容值，另一路经电解电容E2反向后加到MOS管T1的栅极，使MOS管T1的漏源间电阻相应变大变小，进而产生变频后的正弦波频率电源信号；
2，同时为了保证频率和电压同时变化设置变频后的正弦波频率电源信号进入乘法器与调幅系数相乘实现对变频后的正弦波频率电源信号的幅度调节，得出变频、调幅后的正弦波频率电源信号，以此对挤压机电机电源频率、幅度补偿，以此实现半闭环速度控制，其中调幅系数由差值经反相除法器计算出差值信号与速度给定信号的比重，并经加法器AR3计算出调幅系数。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
一种铝材挤压机速度控制电路，包括速度传感器、PLC、变频器、铝材挤压机，所述速度传感器将检测的铝材挤压机挤压时的速度信号反馈给PLC，PLC输出修正后控制信号到变频器，由变频器根据修正信号控制铝材挤压机的挤压机电机转速，实现挤压速度的闭环控制，其特征在于，速度传感器将检测的铝材挤压机定速挤压时的速度信号经速度检测调理电路、电源谐振电路、变频电路、调幅电路处理后作挤压机电机电源，以此实现半闭环速度控制；
所述速度检测调理电路运用差动放大器计算出速度给定信号和检测速度信号的差值信号，之后经反相除法器计算出差值信号与速度给定信号的比重，并经加法器AR3计算出调幅系数后输出；
所述电源谐振电路接收变频器根据给定速度信号加到挤压机电机上的正弦波频率电源信号，经低通滤波电路滤除高频干扰后触发三极管Q1为核心的振荡电路振荡，并通过RLC并联电路产生阻抗与电阻R11和电阻R12产生的分压电压反馈到振荡电路改变振荡频率，实现与正弦波频率电源信号谐振；
所述变频电路接收电源谐振电路输出的正弦波频率电源信号，通过三极管Q2、串联的电容C10和变容二极管DC3、变容二极管DC2、串联的电阻R19和MOS管T1漏源间阻值组成的可变振荡频率的振荡电路振荡产生变频后的正弦波频率电源信号，其中正弦波频率电源信号的频率由速度检测调理电路输出的差值信号控制；
所述调幅电路通过乘法器IC1将接入的变频后的正弦波频率电源信号与速度检测调理电路计算出的调幅系数进行相乘，得出变频、调幅后的正弦波频率电源信号，以此对挤压机电机电源频率、幅度补偿，以此实现半闭环速度控制。
在上述技术方案中，所述变频电路接收电源谐振电路输出的正弦波频率电源信号，通过三极管Q2、串联的电容C10和变容二极管DC3、变容二极管DC2、串联的电阻R19和MOS管T1漏源间阻值组成的可变振荡频率的振荡电路振荡产生变频后的正弦波频率电源信号，其中正弦波频率电源信号的频率由速度检测调理电路输出的差值信号分两路控制，一路经电容C11和电感L8滤波后加到变容二极管DC3的负极和变容二极管DC2的正极，利用加到变容二极管上所加反向偏压增大电容值增大，反之减小的特性，改变变容二极管DC3、变容二极管DC2的电容值，另一路经电解电容E2反向后加到MOS管T1的栅极，使MOS管T1的漏源间电阻相应变大变小，进而产生变频后的正弦波频率电源信号，包括电容C9，电容C9的一端连接三极管Q1的集电极，电容C9的另一端分别连接三极管Q2的基极、电阻R17的一端、电阻R18的一端，三极管Q2的发射极分别连接变容二极管DC2的负极、变容二极管DC3的负极、电阻R19的一端、电感L8的一端，电阻R18的另一端分别连接变容二极管DC2的负极、电阻R19的另一端、MOS管T1的漏极，MOS管T1的源极分别漏极接地电阻R21的一端、接地电容C12的一端，MOS管T1的栅极连接电阻R20的一端，电阻R20的另一端分别连接接地电解电容E1的负极、电感L8的另一端、接地电容C11的一端、运放AR1的输出端，三极管Q2的集电极分别连接电感L7的一端、电容C10的一端，电容C10的另一端连接变容二极管DC3的正极，电感L7的另一端和电阻R17的另一端连接电源+5V。
在上述技术方案中，所述速度检测调理电路运用运放AR1、电阻R1-电阻R4组成的差动放大器计算出速度给定信号（由PLC给定）和检测速度信号（速度传感器将检测的铝材挤压机定速挤压时的速度信号）的差值信号，经串联的二极管D1和D2限幅后，进入运放AR2、型号为MC1596的乘法器IC2、电阻R5-电阻R7组成的反相除法器计算出差值信号与速度给定信号的比重，其中设置电阻R5与电阻R6的阻值相等，使得反相除法器输出的信号为差值信号与速度给定信号的比值，并经电阻R8进入运放AR3的反相输入端，与运放AR3的同相输入端+1V进行加法运算，计算出调幅系数（也即修正后信号的比值）后输出，包括电阻R1、电阻R2，电阻R1的一端、电阻R2的一端分别连接速度给定信号和速度检测信号，电阻R1的另一端分别连接电阻R3的一端、运放AR1的反相输入端，电阻R2的另一端分别连接接地电阻R4的一端、运放AR1的同相输入端，运放AR1的输出端分别连接电阻R3的另一端、电阻R5的一端、二极管D1的正极、二极管D2的负极，二极管D1的负极连接电源+5V，二极管D2的正极连接地，电阻R5的另一端分别连接电阻R6的一端、运放AR2的反相输入端，运放AR2的同相输入端通过电阻R7连接地，运放AR2的输出端分别连接电阻R8的一端、乘法器IC2的引脚1，乘法器IC2的引脚2通过电感L1连接速度给定信号，乘法器IC2的引脚3连接电阻R6的另一端，电阻R8的另一端连接运放AR3的反相输入端，运放AR3的同相输入端分别连接电阻R9的一端、电阻R10的一端，电阻R9的另一端连接电源+1V，电阻R10的另一端连接运放AR3的输出端。
在上述技术方案中，所述电源谐振电路接收变频器根据给定速度信号加到挤压机电机上的正弦波频率电源信号，此为幅度0-5V、频率0-100HZ的正弦波频率电源信号，经升压后直接为挤压机电机供电，经电感L2、L3、电容C1组成的低通滤波电路滤除高频干扰后触发三极管Q1、电容C6-电容C8、电感L6及电阻R16组成的电容振荡电路振荡，其中C3为耦合电容，电阻R13和电阻R14为三极管Q1也即振荡管提供基极偏置，电感L4并联电容C5为三极管Q1提供集电极偏置电压，并通过电阻R15并联电容C4、电感L5组成的RLC并联电路产生阻抗与电阻R11和电阻R12产生的分压电压，作控制电压加到变容二极管DC1的反向输入端，改变变容二极管DC1的电容值，改变振荡电路振荡频率，实现与正弦波频率电源信号谐振，包括电感L2，电感L2的一端连接变频器根据给定速度信号加到挤压机电机上的正弦波频率电源信号，电感L2的另一端分别连接接地电容C1的一端、电感L3的一端，电感L3的另一端分别连接接地电容C2的一端、二极管DC1的正极，变容二极管DC1的负极连接电容C3的一端，电容C3的另一端分别连接电阻R13的一端、接地电阻R14的一端、三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极分别连接电感L6的一端、电容C6的一端、电容C7的一端，电感L6的另一端分别连接电容C7的另一端、接地电阻R16的一端、接地电容C8的一端，三极管Q1的集电极分别连接电感L4的一端、电容C6的另一端、电容C5的一端、电感L5的一端、电容C4的一端、电阻R15的一端、电阻R12的一端，电感L4的另一端、电容C5的另一端、电阻R12的另一端、电阻R13的另一端均连接电源+5V，电感L5的另一端分别连接电容C4的另一端、电阻R15的另一端、接地电阻R11的一端、变容二极管DC1的负极。
在上述技术方案中，所述调幅电路通过型号为ICL8013的乘法器IC1将接入的变频后的正弦波频率电源信号与速度检测调理电路计算出的调幅系数进行相乘，得出变频、调幅后的正弦波频率电源信号，最后经升压变压器T1升压为高压0-380V，以此对挤压机电机电源频率、幅度补偿，实现速度控制包括乘法器IC1，乘法器IC1的引脚1连接三极管Q2的集电极，乘法器IC1的引脚6连接运放AR3的输出端，乘法器IC1的引脚7、引脚8、引脚9、引脚10连接地，乘法器IC1的引脚2连接电源+15V，乘法器IC1的引脚5连接电源-15V，乘法器IC1的引脚4连接电位器RP1的上端，电位器RP1的下端连接地，电位器RP1的可调端连接乘法器IC1的引脚3，乘法器IC1的引脚4连接升压变压器T1的初级一端，升压变压器T1的初级另一端连接地，升压变压器T1的次级输出到作挤压机电机电源。
本发明具体使用时，所述速度传感器将检测的铝材挤压机挤压时的速度信号反馈给PLC，PLC输出修正后控制信号到变频器，由变频器根据修正信号控制铝材挤压机的挤压机电机转速，实现挤压速度的闭环控制，所述速度检测调理电路运用运放AR1、电阻R1-电阻R4组成的差动放大器计算出速度给定信号（由PLC给定）和检测速度信号（可为BW1002速度传感器将检测的铝材挤压机定速挤压时的速度信号）的差值信号，之后一路经串联的二极管D1和D2限幅后，进入运放AR2、型号为MC1596的乘法器IC2、电阻R5-电阻R7组成的反相除法器计算出差值信号与速度给定信号的比重，也即进行了信号量化在-1V至1V之间，并经电阻R8进入运放AR3的反相输入端，与运放AR3的同相输入端+1V进行加法运算，计算出调幅系数（也即修正后信号的比值）后输出到调幅电路，另一路输出到变频电路；
所述电源谐振电路接收变频器根据给定速度信号加到挤压机电机上的正弦波频率电源信号，经电感L2、L3、电容C1组成的低通滤波电路滤除高频干扰后触发三极管Q1、电容C6-电容C8、电感L6及电阻R16组成的电容振荡电路振荡，其中C3为耦合电容，电阻R13和电阻R14为三极管Q1也即振荡管提供基极偏置，电感L4并联电容C5为三极管Q1提供集电极偏置电压，并通过电阻R15并联电容C4、电感L5组成的RLC并联电路产生阻抗与电阻R11和电阻R12产生的分压电压，作控制电压加到变容二极管DC1的反向输入端，改变变容二极管DC1的电容值，改变振荡电路振荡频率，实现与正弦波频率电源信号谐振，保证了信号接收的精度；
所述变频电路接收电源谐振电路输出的正弦波频率电源信号，通过三极管Q2、串联的电容C10和变容二极管DC3、变容二极管DC2、串联的电阻R19和MOS管T1漏源间阻值组成的可变振荡频率的振荡电路振荡产生变频后的正弦波频率电源信号，其中正弦波频率电源信号的频率由速度检测调理电路输出的差值信号分两路控制，一路作反偏电压改变变容二极管DC3、变容二极管DC2的电容值，另一路经电解电容E2反向后加到MOS管T1的栅极，使MOS管T1的漏源间电阻相应变大变小，进而产生变频后的正弦波频率电源信号；
所述调幅电路通过乘法器IC1将接入的变频后的正弦波频率电源信号与速度检测调理电路计算出的调幅系数进行相乘，得出变频、调幅后的正弦波频率电源信号，以此对挤压机电机电源频率、幅度补偿，以此实现半闭环速度控制，解决闭环控制造成的PLC和变频器系统安装调试的复杂性、系统控制的滞后性的问题。

Claims (3)

1.一种铝材挤压机速度控制电路，包括速度传感器、PLC、变频器、铝材挤压机，所述速度传感器将检测的铝材挤压机挤压时的速度信号反馈给PLC，PLC输出修正后控制信号到变频器，由变频器根据修正信号控制铝材挤压机的挤压机电机转速，实现挤压速度的闭环控制，其特征在于，速度传感器将检测的铝材挤压机定速挤压时的速度信号经速度检测调理电路、电源谐振电路、变频电路、调幅电路处理后作挤压机电机电源，以此实现半闭环速度控制；
所述速度检测调理电路运用差动放大器计算出速度给定信号和检测速度信号的差值信号，之后经反相除法器计算出差值信号与速度给定信号的比重，并经加法器AR3计算出调幅系数后输出，所述电源谐振电路接收变频器根据给定速度信号加到挤压机电机上的正弦波频率电源信号，触发三极管Q1为核心的振荡电路振荡，并通过RLC并联电路产生阻抗与电阻R11和电阻R12产生的分压电压反馈到振荡电路改变振荡频率，实现与正弦波频率电源信号谐振，之后进入变频电路，在差值信号的控制下，通过三极管Q2、串联的电容C10和变容二极管DC3、变容二极管DC2、串联的电阻R19和MOS管T1漏源间阻值组成的可变振荡频率的振荡电路振荡产生变频后的正弦波频率电源信号，进入调幅电路中乘法器IC1与调幅系数进行相乘，得出变频、调幅后的正弦波频率电源信号，最后经升压后作挤压机电机电源，以此实现半闭环速度控制。
2.如权利要求1所述一种铝材挤压机速度控制电路，其特征在于，所述变频电路包括电容C9，电容C9的一端连接三极管Q1的集电极，电容C9的另一端分别连接三极管Q2的基极、电阻R17的一端、电阻R18的一端，三极管Q2的发射极分别连接变容二极管DC2的负极、变容二极管DC3的负极、电阻R19的一端、电感L8的一端，电阻R18的另一端分别连接变容二极管DC2的负极、电阻R19的另一端、MOS管T1的漏极，MOS管T1的源极分别漏极接地电阻R21的一端、接地电容C12的一端，MOS管T1的栅极连接电阻R20的一端，电阻R20的另一端分别连接接地电解电容E1的负极、电感L8的另一端、接地电容C11的一端、运放AR1的输出端，三极管Q2的集电极分别连接电感L7的一端、电容C10的一端，电容C10的另一端连接变容二极管DC3的正极，电感L7的另一端和电阻R17的另一端连接电源+5V。
3.如权利要求1所述一种铝材挤压机速度控制电路，其特征在于，所述速度检测调理电路包括电阻R1、电阻R2，电阻R1的一端、电阻R2的一端分别连接速度给定信号和速度检测信号，电阻R1的另一端分别连接电阻R3的一端、运放AR1的反相输入端，电阻R2的另一端分别连接接地电阻R4的一端、运放AR1的同相输入端，运放AR1的输出端分别连接电阻R3的另一端、电阻R5的一端、二极管D1的正极、二极管D2的负极，二极管D1的负极连接电源+5V，二极管D2的正极连接地，电阻R5的另一端分别连接电阻R6的一端、运放AR2的反相输入端，运放AR2的同相输入端通过电阻R7连接地，运放AR2的输出端分别连接电阻R8的一端、乘法器IC2的引脚1，乘法器IC2的引脚2通过电感L1连接速度给定信号，乘法器IC2的引脚3连接电阻R6的另一端，电阻R8的另一端连接运放AR3的反相输入端，运放AR3的同相输入端分别连接电阻R9的一端、电阻R10的一端，电阻R9的另一端连接电源+1V，电阻R10的另一端连接运放AR3的输出端；
所述电源谐振电路包括电感L2，电感L2的一端连接变频器根据给定速度信号加到挤压机电机上的正弦波频率电源信号，电感L2的另一端分别连接接地电容C1的一端、电感L3的一端，电感L3的另一端分别连接接地电容C2的一端、二极管DC1的正极，变容二极管DC1的负极连接电容C3的一端，电容C3的另一端分别连接电阻R13的一端、接地电阻R14的一端、三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极分别连接电感L6的一端、电容C6的一端、电容C7的一端，电感L6的另一端分别连接电容C7的另一端、接地电阻R16的一端、接地电容C8的一端，三极管Q1的集电极分别连接电感L4的一端、电容C6的另一端、电容C5的一端、电感L5的一端、电容C4的一端、电阻R15的一端、电阻R12的一端，电感L4的另一端、电容C5的另一端、电阻R12的另一端、电阻R13的另一端均连接电源+5V，电感L5的另一端分别连接电容C4的另一端、电阻R15的另一端、接地电阻R11的一端、变容二极管DC1的负极；
所述调幅电路包括乘法器IC1，乘法器IC1的引脚1连接三极管Q2的集电极，乘法器IC1的引脚6连接运放AR3的输出端，乘法器IC1的引脚7、引脚8、引脚9、引脚10连接地，乘法器IC1的引脚2连接电源+15V，乘法器IC1的引脚5连接电源-15V，乘法器IC1的引脚4连接电位器RP1的上端，电位器RP1的下端连接地，电位器RP1的可调端连接乘法器IC1的引脚3，乘法器IC1的引脚4连接升压变压器T1的初级一端，升压变压器T1的初级另一端连接地，升压变压器T1的次级输出到作挤压机电机电源；
所述乘法器IC2的型号为MC1596、乘法器IC1的型号为ICL8013。
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