还剩3页未读,继续阅读
文本内容:
PET吹瓶机加热功率控制系统设计【摘要】本文采用32位嵌入式处理器LPC2292作为核心控制器,以单向可控硅作为执行部件,运用相位触发调功和电压相位补偿的原理,设计了基于LPC2292的PET吹瓶机加热系统经过不断地调试,该系统有效地实现了加热功率线性跟踪调节控制,能够控制多路红外线灯管稳定加热在对电压相位触发设计的基础上,根据采样检测到的电源电压,对不同电压的触发相位进行补偿,最终实现加热功率的线性跟踪调节,木设计已成功应用于PET吹瓶机加热控制系统中【关键词】PET吹瓶机;功率控制;电压相位补偿;LPC2292Design ofHeating Powercontrol systemfor PET Blow Molding Machines FENGXu,WANG Xiang-zhong,ZHANG Yong-zhong,YUAN Yang-bo CentralSouth Universityof Forestryand Technology,Changsha,410004China AbstractIn thispaper,here designedthe heatingsystem ofPET BlowMolding Machinesbased onLPC2292,the principlesof phasetrigger powerand voltage phase compensationwere used,32-bit embeddedprocessor LPC2292was adoptedas thecore controller,and themono-direction-control ledSCR wastaken asthe drivingcomponent.The systemis effectiveto realize the linear tracking adjustcontrol ofheating powerafter continuouslydebugging,multiple infraredtubes havebeen controlcdstability toprovide hcat.According tothe sampledand detectedvoltage ofpower supply,compensating thetrigger phasefbr differentvoltages,then torealizetheheating powerslineartrackingregulate,the designhas beenalready successfullyapplied toPET blowmolding machinesheating controlsystem.KeywordPET blowmolding machines;power controlvoltagephasecompensation;LPC
22921.引言PET Polythyleneterephtha-late,俗称涤纶树脂吹瓶机是将聚酯材料的瓶坯通过一定的工艺手段吹制成瓶子的机器,用以吹制矿泉水瓶、各种碳酸饮料瓶以及多种瓶装的塑料中空容器PET吹瓶机•般由供坯系统、加热系统、吹气系统及其它辅助系统组成在坏料进入模具开始拉伸前,其加热温度对坏料的成型起着至关重要的作用,为了防止瓶身出现发白、不透明、不均匀等现象,使产品各个位置的厚度达到技术要求,温度一般在80℃到120℃之间进行精确控制目前PET吹瓶机的加热控制方式主要是交流调压和交流调功来实现输出加热功率交流调压在每半个周波对晶闸管开通相位进行控制,实现输出电压有效值的调节交流调功以交流电的周期为基本单位,通过对晶闸管的控制来改变晶闸管通断周期数的比,可方便调节输出功率的平均值文献[I]提出了电路拓扑结构的优化方案,文献[2]比较了调相触发与过零周期波触发的优缺点,指出调相触发很难实现线性调功人们用模糊PID控制[3]、内模控制[4]、随机自适应预测控制[5]、变系数PID调节[6]等技术对PET吹瓶机温度控制进行了理论研究、仿真与应用但在实际中由于这些控制方法计算量大,在线计算较难,且外界影响因素较为复杂,难以满足实际工艺要求本文针对PET吹瓶机加热系统的特点,立足于产品的具体应用,以简单实用为设计原则,选用LPC2292作为核心控制器,使用相位触发调功和电压补偿对加热功率进行控制,实现了加热过程中稳定准确调节输出功率
2.加热功率控制原理
2.1PET吹瓶机系统结构根据PET吹瓶机加热系统的要求,确定加热系统结构如图1所示上位机通过Proflbus总线与14台调功器通信,每台调功器由10路红外灯管组成加热器,上位机控制各调功器中灯管的输出加热功率上位机可以设定调功器的输出功率值、控制方式、总线开关、传感器等参数,同时监控调功器的输出功率、母线电流电压、过流过压、灯管异常、超温报警等信息
2.2相位触发调功原理在系统设计的初始分析阶段,在理论上比较分析了交流调功与交流调压方案,现场运行显示交流调功方式存在红外线灯管闪烁现象,这个会影响温度的稳定性,而交流调压就不存在这样的问题,故依据产品需要,选择了交流调压来实现加热功率的线性跟踪输出,同时,根据功率量化和电压量化的实验结果,选择了效果较好的电压量化如图2所示为可控硅控制电路原理图,电路通过调节一对反向并联的单向可控硅VT
1、VT2的触发角a控制灯丝的发热功率,输入电压为UAB如图3为触发角a时UAB波形图,设输入电压有效值为UAB设触发为a,灯管负载的有效电压为U0,电流有效值为10,由图3所示波形可得实际控制时,加热功率P0为输出量,可以根据输入UAB和a来确定由式
(3)可知,由于其加热功率输出为一超越方程,难以得到解析解,即使得到解析解,但由于外部电压是变化的,会导致所建立的数组异常庞大,这是移相触发调节很难实现的原因之一,为了得到精确的触发角,考虑至IJ UAB和a对输出功率P0的影响,其算法设计分两步来实现,首先设定在输出功率PS,输入电压US的条件下,依照公式
(4)精确量化计算出对应1000个输出触发角,将触发相位角存放在数组S□中,触发角量化模型如图4所示,然后检测实际输入电压的大小,与设定电压US比较,建立触发角补偿机制,从而得到实际的输出功率触发角本系统将交流电压在半周期内严格量化成1000个点,平均量化精度可达到Ips,完全可以满足设计要求,设触发时间为ti,单位为RS,当ti从1000W逐渐减少到0时,触发角慢慢变小,相应的输出功率变大,当触发时间点量化计算满足关系式
(4)时,保存相应的触发值将代入到公式
(4)中,即可建立a与US的关系表S[]当输入的实际电压为Ur时,相应的输出功率为Pr,则Pr、Ur、a三者的关系如公式
(5)所示,从公式
(5)可知,当外部电压变化时,实际输出功率就会偏离设定电压US下的输出功率PS设Kc为电压相位补偿系数,其表达式为公式
(6)所示将上位机设定输出的功率转换成对应的电压相位触发时间序列值时,在外部输入电压降低或升高时,可以启动电压相位补偿功能,使Kc能对导通时间进行相应的调整,保证输出功率的线性跟踪特性综.匕所述,即建立如下关系通过上面的关系即可实现加热功率的线性跟踪输出
3.控制系统硬件设计硬件部分核心控制器采用NXP公司的以ARM7TDMI-S为内核的32位微处理器LPC2292作为核心控制器,其功耗极低,性价比很高该系统的硬件结构简图如图5所示,其中检测电路包括电流检测电路、温度检测电路、电压检测电路、过零检测电路、灯管状态检测电路,驱动电路由LPC2292发出控制脉冲,通过光耦,触发可控硅的导通,实现功率的线性输出E2PROM选用AT24co2,将LPC2292作为主机,AT24co2作为从机,选用12c总线方式设定传感器的参数
4.控制系统软件设计本系统的程序包括上位机程序和下位机程序,上位机程序主要完成设定各个灯管的功率值、控制方式、各种状态显示等,下位机的主程序结构流程如图6所示
5.实验测量数据比较产品所选红外线加热灯管为400V、2kw,在10路红外线灯管中,选择其中一路灯管,使其输出功率从1%增加到100%,每次增加1%,启动电压相位补偿设置,使用远方智能电量测试仪PF9811,对其输出功率进行测量,得到实际输出功率值,计算理论输出功率值,将两者进行比较,实际输出功率和理论输出功率关系如图7所示图7中实线为PF98U所测实际输出功率,虚线为理论计算输出功率值,在所测的功率值当中,在理论输出功率为500W时;实际输出为530W,偏离设定值6%,此时对应的误差最大其它设定值误差均小于6%
6.结论经过实验数据分析可知,在功率调节的过程中,加热功率对理论功率呈线性跟踪输出,从实践中验证了本文所采用的相位触发调功和电压相位补偿的方法在PET吹瓶机加热功率控制系统中的有效性参考文献
[1]孙玉波,李欣,董静薇.大功率高精确度数字调功器的设计[J].哈尔滨理工大学学报,2006,112:28-
34.⑵陈智,吕义,董乃凤.调相触发型线性调功器[J].天津纺织工学院学报,2000,192:56-
58.
[3]蒋峰,吴雷,惠品,赵冉.基于DSP的智能数字三相交流调压调功器的研制[J].电力电子技术,2007,4111:58-
60.
[4]肖华军,王钦若,李春明.吹瓶机加热炉温度控制的建模与仿真[J].控制工程,2009,16S2:46-
48.
[5]Ya-Ling Chang,Ching-Chih Tsai.Stochastic AdaptivePredictive Temperature Control forPETBlowMoldingMachines[A].ICIEA2010,5th IEEEConference onIndustrial Electronicsand Applicationsis[C].2010:143-
148.
[6]Zhenhua ZhaojingsongZeng,Wei Zhou.Application ofFuzzy Controlwith PIDin PlasticsTemperatureControlof HollowMolding Machinc[A].ICICIC2009,Fourth InternationalConference onInnovative Computingjnfbrmationand Control[C],2009:1009-
1012.王湘中(1966-),男,教授,硕士生导师,主要研究方向电力电子技术和嵌入式系统设计张永忠(1969—),男,教授,硕士生导师,主要研究方向嵌入式系统设计袁洋波(1987—),男,硕士研究生,主要研究方向智能检测与自动控制。