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    1  引言

    近年的中國(guó)注塑機(jī)行業(yè)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)下取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。根據(jù)有關(guān)研究資料顯示，到2010年，全球?qū)λ芰蠙C(jī)械設(shè)備的需求額將以每年3.5%的速度遞增，注塑機(jī)需求量約占38％。面對(duì)巨大的市場(chǎng)，注塑機(jī)設(shè)備的升級(jí)換代也越來(lái)越快。隨著世界各國(guó)在環(huán)保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益嚴(yán)格的要求，設(shè)計(jì)與制造新一代“節(jié)能型”注塑機(jī)，就成為迫切需要關(guān)注和解決的問(wèn)題。

    液壓傳動(dòng)是注塑機(jī)最常用的傳動(dòng)方式。液壓傳動(dòng)注塑機(jī)是一種典型的周期性變化負(fù)荷設(shè)備，各個(gè)工藝階段所需的工作壓力和流量各不相同，液壓系統(tǒng)的負(fù)荷變化很大，對(duì)于傳統(tǒng)的電動(dòng)定量泵液壓系統(tǒng)，依靠流量閥和壓力閥調(diào)節(jié)不同工序階段的流量和壓力。由于定量泵不可調(diào)節(jié)輸出功率，因此多余的能量只能在擋板、油路泄漏、油的溫升中消耗掉，因此在造成大量的能量浪費(fèi)的同時(shí)，還加劇了各種閥門(mén)的磨損，造成油溫過(guò)高，電機(jī)噪音過(guò)大，機(jī)械壽命縮短等現(xiàn)象。并且通常在設(shè)計(jì)中，定量油泵電機(jī)設(shè)計(jì)容量大馬來(lái)小車(chē)的配置進(jìn)一步造成電能浪費(fèi)。因此改進(jìn)注塑機(jī)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，對(duì)于減少能源浪費(fèi)和降低注塑制品成本具有普遍意義。

    2 注塑工藝原理 

    注塑機(jī)液壓傳動(dòng)裝置主要由油泵、液壓控制閥、壓力電磁比例閥、流量電磁比例閥、各種不同的動(dòng)作油缸、油泵電機(jī)及其它液壓附件和管道組成。電動(dòng)定量油泵機(jī)組將電動(dòng)機(jī)所輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，然后向液壓系統(tǒng)的液壓元件輸送具有一定壓力和流量的液壓油，滿足液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需能量的要求。

    注塑機(jī)主要用于熱塑性塑膠的成型加工。注塑機(jī)成型流程是一個(gè)按照預(yù)定的周期性動(dòng)作過(guò)程，一個(gè)完整的生產(chǎn)周期主要包括合模、鎖模、射膠、保壓、熔膠、冷卻、開(kāi)模、頂出制品幾個(gè)階段，以此次測(cè)試之時(shí)序，即以合模射座進(jìn)射膠加料冷卻射座退開(kāi)模頂針等程式達(dá)到產(chǎn)品成型。如圖一所示為注塑機(jī)成型流程的電流輸出波形。注塑機(jī)通常采用液壓傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)包含注射裝置、開(kāi)合模裝置、液壓傳動(dòng)裝置和電氣控制裝置。電氣控制裝置的作用是保證注塑機(jī)的壓力、速度、溫度、時(shí)間、位置和動(dòng)作程式參數(shù)等工藝準(zhǔn)確有效地工作，在每個(gè)工作階段均能符合工藝要求。注塑機(jī)合?！渥M(jìn)→射膠→加料→冷卻→射座退→開(kāi)模→頂出的工藝參數(shù)同步工藝要求案例如圖1所示。

                                       圖1 注塑機(jī)工序圖

    3  注塑機(jī)專(zhuān)用變頻器解決方案

    3.1 臺(tái)達(dá)VFD-G注塑機(jī)機(jī)專(zhuān)用變頻器

    臺(tái)達(dá)VFD-G設(shè)計(jì)機(jī)專(zhuān)用變頻器。臺(tái)達(dá)VFD-G變頻器屬于客制化塑機(jī)專(zhuān)用變頻器，專(zhuān)用于注塑機(jī)、擠塑機(jī)、吹膜機(jī)、吹瓶機(jī)、空壓機(jī)油壓機(jī)等變負(fù)荷大過(guò)載驅(qū)動(dòng)。臺(tái)達(dá)VFD-G系列注塑機(jī)專(zhuān)用變頻器規(guī)格特性包括：獨(dú)特的過(guò)載能力：150%60秒n ；兩路0-1A電流信號(hào)輸入端子；兩路模擬量輸出信號(hào)n ；可分段增益設(shè)定n； 內(nèi)建PID反饋功能；兩個(gè)模擬量信號(hào)可作加減乘 取最大值運(yùn)算；注塑機(jī)專(zhuān)用功能n；節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)，及用電量記錄等。  

    3.2 臺(tái)達(dá)注塑機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)原理設(shè)計(jì)

    臺(tái)達(dá)VFD-G變頻器利用注塑機(jī)原有流量與壓力控制信號(hào)，將注塑機(jī)原有定量泵改為節(jié)電型變量泵的電氣控制裝置。通過(guò)注塑機(jī)控制器提供工藝同步運(yùn)行訊號(hào)，利用變頻原理改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變油泵的輸出流量，在滿足注塑機(jī)在各個(gè)工作階段所需速度的前提下，降低液壓系統(tǒng)回流，使原有定量泵成為節(jié)電型變量泵，節(jié)能效率高達(dá)20～60％；并具有操作簡(jiǎn)便、控制速度準(zhǔn)確穩(wěn)定等特點(diǎn)；軟性啟動(dòng)裝置，減輕開(kāi)鎖模震動(dòng)，避免設(shè)備沖擊及磨損，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；以及能減輕電機(jī)噪音等效應(yīng)，適用于各種功率，型號(hào)的注塑機(jī)種。根據(jù)注塑機(jī)的工作要求，利用注塑機(jī)上位機(jī)（例如電腦或PLC）的同步控制信號(hào)及電氣控制，送出類(lèi)比信號(hào)(0-10VDC的類(lèi)比電壓信號(hào))，直接加在臺(tái)達(dá)VFD-FG變頻器變頻器的輸入端，從而改變變頻器的輸出頻率，即改變油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，來(lái)改變油泵電機(jī)的輸出流量，滿足注塑機(jī)在各個(gè)工序中所需的油壓大小和流量速度，將傳統(tǒng)的定量泵轉(zhuǎn)變?yōu)樽償?shù)泵，注塑機(jī)變頻控制系統(tǒng)方塊圖如圖2所示。

                                       圖2 注塑機(jī)變頻控制系統(tǒng)方塊圖

    3.3 電氣原理設(shè)計(jì)（圖3）

                                       圖3 注塑機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)電氣原理

     3.4變頻器參數(shù)設(shè)計(jì)

    （1）VFD-G變頻器參數(shù)設(shè)置如表1所示。

     表1  VFD-G變頻器參數(shù)設(shè)計(jì)

參數(shù)    出廠值  說(shuō)明 

01-01   60．00  此二參數(shù)必須根據(jù)馬達(dá)銘牌內(nèi)容來(lái)設(shè)定 

01-02   380．0 

01-08   0．00   利用下限頻率來(lái)做待機(jī)時(shí)（如冷卻）的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率 

01-09   10．0   第一加速時(shí)間 

01-10   10．4   第一減速時(shí)間 

02-00   0       頻率指令來(lái)源設(shè)定為4時(shí)，表示必須根據(jù)04-20的設(shè)定 

04-11   0．00   AI2所對(duì)應(yīng)的輸出最小量，用來(lái)啟動(dòng)下限頻率動(dòng)作，故當(dāng)0V時(shí)，變頻器F=0.2*01-100,當(dāng)F>01-05時(shí)，H=下限頻率 

04-13   100     AI1增益；因?yàn)檎嬲墓β瘦敵霰仨毧鄢軗p及熱，故必須以增益之方式提高變頻器輸出達(dá)到等于Loss+工作之總功率需求 

04-23   0.5     AI1類(lèi)比輸入延遲 

04-24   0.5     AI2類(lèi)比輸入延遲 

04-25   0       MAX（AI1*（04-13），AI2*（04-18））=取AI1和AI2之間大者為驅(qū)動(dòng)器之頻率命令 

06-00   780V    過(guò)電壓失速防止準(zhǔn)位 

06-01   150%    加速中過(guò)電流失速防止 

06-02   150%    運(yùn)轉(zhuǎn)中過(guò)電流失速防止

                06-00~06-02建議全部關(guān)閉以避免因失速防止動(dòng)作導(dǎo)致頻率降低進(jìn)而無(wú)法達(dá)到所需之功率輸出最終產(chǎn)出不良產(chǎn)品 

07-02   100%    馬達(dá)滿載電流 

07-03   30%     馬達(dá)無(wú)載電流

                因?yàn)樽⑺軝C(jī)在工作中會(huì)有瞬間高負(fù)載，幫，驅(qū)動(dòng)器的選擇會(huì)大于馬達(dá)之功率，為避免馬達(dá)因過(guò)熱而燒毀，故以07-02和OL1電子熱動(dòng)電驛功能給予保護(hù) 

    （2）VFD-G系列VFD300FA3A-G變頻器參數(shù)設(shè)定范例（馬達(dá)型號(hào):東元,30HP/6P/380/50Hz/47.1A,EFF:92.0%,P.F.=78.5%,98rpm）如表2所示。

    表2  VFD300FA3A-G參數(shù)設(shè)定

參數(shù)   設(shè)定值   說(shuō)明 

01-01  50.00    最大頻率設(shè)定 

01-02  380.0    最大輸出電壓設(shè)定 

01-08  25.00    下限頻率 

01-09   1.0     第一加速時(shí)間 

01-10   0.4     第一減速時(shí)間 

02-00   4       頻率指令來(lái)源 

04-11   0.20    AI2所對(duì)應(yīng)的輸出最小量 

04-13   110     AI2增益 

04-23   0       AI1類(lèi)比輸入延遲 

04-24   0       AI2類(lèi)比輸入延遲 

04-25   7       MAX(AI1*(04-13),AI2*(04-18) 

06-00   0       失速防止電壓準(zhǔn)位 

06-01   0       加速中過(guò)電流失速防止 

06-02   0       運(yùn)轉(zhuǎn)中過(guò)電流失速防止 

07-02   78      馬達(dá)滿載電流 

07-03   25      馬達(dá)無(wú)載電流 

    （3）定量泵——變量泵運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

    表3  定量泵——變量泵運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果

            未使用變頻器     臺(tái)達(dá)變頻器F-G series 

水冷卻      使用水冷卻       使用水冷卻 

關(guān)模時(shí)間    2.22秒           2.1秒 

關(guān)模電流    56.1秒           40.1秒 

射料時(shí)間    1.61秒           1.67秒 

射料電流    49.3秒           27.8秒 

加料時(shí)間    2.12秒           2.35秒 

加料電流    42.7秒           33.75秒 

冷卻時(shí)間    2.31秒           2.5秒 

冷卻電流    38.1A            21.05A 

開(kāi)模時(shí)間    1.28秒           1.33秒 

開(kāi)模電流    49A              46.1A 

Cycle time  9.39秒           9.61秒 

半小時(shí)消耗功率 8.991Kw       5.612Kw 

半小時(shí)產(chǎn)量   168個(gè)           162個(gè) 

產(chǎn)品重量 33.1g±0.1          32.8g±0.1 

油溫          43~44℃        41~42℃ 

功因          0..65~0.89     0.65~0.94 

    4  結(jié)束語(yǔ)

    臺(tái)達(dá)伺服型塑機(jī)專(zhuān)用變頻器配合交流伺服電機(jī)，配備旋轉(zhuǎn)編碼器和壓力傳感器分別對(duì)流量和壓力進(jìn)行采集，通過(guò)改變伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)了流量和壓力的閉環(huán)控制。經(jīng)多家注塑機(jī)廠家試用，配備臺(tái)達(dá)伺服型塑機(jī)專(zhuān)用控制器的注塑機(jī)表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，除同比傳統(tǒng)注塑機(jī)節(jié)能率可達(dá)20%-60%和精度大大得到提高外，其伺服電機(jī)能快速響應(yīng)，壓力從0至175KG僅需40ms，而且液壓油油溫低，免去冷卻的需要，也降低了車(chē)間的溫度。臺(tái)達(dá)伺服型塑機(jī)專(zhuān)用控制器的成功推廣，為注塑機(jī)廠商在以追求節(jié)能、精密、環(huán)保、高速的產(chǎn)品質(zhì)量上得到了明顯的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。