基于臺達VFD-G變頻器的注塑機專用驅(qū)動系統(tǒng)

中達電通股份有限公司 周士閔

摘 要：臺達VFD-G注塑機專用變頻器通過注塑機控制器提供工藝同步運行訊號，改變電機轉(zhuǎn)速來改變油泵的輸出流量，在滿足注塑機在各個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20～60％；并具有操作簡便、控制速度準確穩(wěn)定等特點。

關(guān)鍵詞：臺達 VFD-G 注塑機 節(jié)能

近年的中國注塑機行業(yè)在市場經(jīng)濟的驅(qū)動下取得了長足的發(fā)展。根據(jù)有關(guān)研究資料顯示，到2010年，全球?qū)λ芰蠙C械設(shè)備的需求額將以每年3.5%的速度遞增，注塑機需求量約占38％。面對巨大的市場，注塑機設(shè)備的升級換代也越來越快。隨著世界各國在環(huán)保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益嚴格的要求，設(shè)計與制造新一代“節(jié)能型”注塑機，就成為迫切需要關(guān)注和解決的問題。

液壓傳動是注塑機最常用的傳動方式。液壓傳動注塑機是一種典型的周期性變化負荷設(shè)備，各個工藝階段所需的工作壓力和流量各不相同，液壓系統(tǒng)的負荷變化很大，對于傳統(tǒng)的電動定量泵液壓系統(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的同時，還加劇了各種閥門的磨損，造成油溫過高，電機噪音過大，機械壽命縮短等現(xiàn)象。并且通常在設(shè)計中，定量油泵電機設(shè)計容量大馬來小車的配置進一步造成電能浪費。因此改進注塑機液壓系統(tǒng)驅(qū)動技術(shù)，對于減少能源浪費和降低注塑制品成本具有普遍意義。

注塑機液壓傳動裝置主要由油泵、液壓控制閥、壓力電磁比例閥、流量電磁比例閥、各種不同的動作油缸、油泵電機及其它液壓附件和管道組成。電動定量油泵機組將電動機所輸入的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽缓笙蛞簤合到y(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)行機構(gòu)驅(qū)動負載所需能量的要求。

注塑機主要用于熱塑性塑膠的成型加工。注塑機成型流程是一個按照預(yù)定的周期性動作過程，一個完整的生產(chǎn)周期主要包括合模、鎖模、射膠、保壓、熔膠、冷卻、開模、頂出制品幾個階段，以此次測試之時序，即以合模射座進射膠加料冷卻射座退開模頂針等程式達到產(chǎn)品成型。如圖一所示為注塑機成型流程的電流輸出波形。注塑機通常采用液壓傳動，其結(jié)構(gòu)包含注射裝置、開合模裝置、液壓傳動裝置和電氣控制裝置。電氣控制裝置的作用是保證注塑機的壓力、速度、溫度、時間、位置和動作程式參數(shù)等工藝準確有效地工作，在每個工作階段均能符合工藝要求。注塑機合模→射座進→射膠→加料→冷卻→射座退→開模→頂出的工藝參數(shù)同步工藝要求案例如圖1所示。

3 注塑機專用變頻器解決方案

臺達VFD-G設(shè)計機專用變頻器。臺達VFD-G變頻器屬于客制化塑機專用變頻器，專用于注塑機、擠塑機、吹膜機、吹瓶機、空壓機油壓機等變負荷大過載驅(qū)動。臺達VFD-G系列注塑機專用變頻器規(guī)格特性包括：獨特的過載能力：150%60秒n ；兩路0-1A電流信號輸入端子；兩路模擬量輸出信號n ；可分段增益設(shè)定n； 內(nèi)建PID反饋功能；兩個模擬量信號可作加減乘 取最大值運算；注塑機專用功能n；節(jié)能運轉(zhuǎn)，及用電量記錄等。

臺達VFD-G變頻器利用注塑機原有流量與壓力控制信號，將注塑機原有定量泵改為節(jié)電型變量泵的電氣控制裝置。通過注塑機控制器提供工藝同步運行訊號，利用變頻原理改變電機轉(zhuǎn)速來改變油泵的輸出流量，在滿足注塑機在各個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20～60％；并具有操作簡便、控制速度準確穩(wěn)定等特點；軟性啟動裝置，減輕開鎖模震動，避免設(shè)備沖擊及磨損，延長設(shè)備使用壽命；以及能減輕電機噪音等效應(yīng)，適用于各種功率，型號的注塑機種。根據(jù)注塑機的工作要求，利用注塑機上位機（例如電腦或PLC）的同步控制信號及電氣控制，送出類比信號(0-10VDC的類比電壓信號)，直接加在臺達VFD-FG變頻器變頻器的輸入端，從而改變變頻器的輸出頻率，即改變油泵電機的轉(zhuǎn)速，來改變油泵電機的輸出流量，滿足注塑機在各個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，注塑機變頻控制系統(tǒng)方塊圖如圖2所示。

（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

（2）VFD-G系列VFD300FA3A-G變頻器參數(shù)設(shè)定范例（馬達型號: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

（3）定量泵——變量泵運行實驗結(jié)果如表3所示。

表3 定量泵——變量泵運行實驗結(jié)果

臺達伺服型塑機專用變頻器配合交流伺服電機，配備旋轉(zhuǎn)編碼器和壓力傳感器分別對流量和壓力進行采集，通過改變伺服電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)了流量和壓力的閉環(huán)控制。經(jīng)多家注塑機廠家試用，配備臺達伺服型塑機專用控制器的注塑機表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，除同比傳統(tǒng)注塑機節(jié)能率可達20%-60%和精度大大得到提高外，其伺服電機能快速響應(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，也降低了車間的溫度。臺達伺服型塑機專用控制器的成功推廣，為注塑機廠商在以追求節(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)濟技術(shù)效益。