基于臺達VFD-G變頻器的注塑機專用驅(qū)動系統(tǒng)
1 引言
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。
2 注塑工藝原理
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。
圖1 注塑機工序圖
3 注塑機專用變頻器解決方案
3.1 臺達VFD-G注塑機機專用變頻器
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? ；兩路0-1A電流信號輸入端子；兩路模擬量輸出信號? ；可分段增益設(shè)定?； 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?；節(jié)能運轉(zhuǎn)，及用電量記錄等。
3.2 臺達注塑機變頻驅(qū)動原理設(shè)計
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。
圖2 注塑機變頻控制系統(tǒng)方塊圖
3.3 電氣原理設(shè)計（圖3）
圖3 注塑機變頻驅(qū)動電氣原理
3.4變頻器參數(shù)設(shè)計
（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
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參數(shù) |
出廠值 |
說明 |
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01-01 |
60．00 |
此二參數(shù)必須根據(jù)馬達銘牌內(nèi)容來設(shè)定 |
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01-02 |
380．0 | |
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01-08 |
0．00 |
利用下限頻率來做待機時（如冷卻）的運轉(zhuǎn)頻率 |
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01-09 |
10．0 |
第一加速時間 |
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01-10 |
10．4 |
第一減速時間 |
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02-00 |
0 |
頻率指令來源設(shè)定為4時，表示必須根據(jù)04-20的設(shè)定 |
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04-11 |
0．00 |
AI2所對應(yīng)的輸出最小量，用來啟動下限頻率動作，故當0V時，變頻器F=0.2*01-100,當F>01-05時，H=下限頻率 |
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04-13 |
100 |
AI1增益；因為真正的功率輸出必須扣除管損及熱，故必須以增益之方式提高變頻器輸出達到等于Loss+工作之總功率需求 |
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04-23 |
0.5 |
AI1類比輸入延遲 |
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04-24 |
0.5 |
AI2類比輸入延遲 |
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04-25 |
0 |
MAX（AI1*（04-13），AI2*（04-18））=取AI1和AI2之間大者為驅(qū)動器之頻率命令 |
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06-00 |
780V |
過電壓失速防止準位 |
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06-01 |
150% |
加速中過電流失速防止 |
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06-02 |
150% |
運轉(zhuǎn)中過電流失速防止 06-00~06-02建議全部關(guān)閉以避免因失速防止動作導(dǎo)致頻率降低進而無法達到所需之功率輸出最終產(chǎn)出不良產(chǎn)品 |
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07-02 |
100% |
馬達滿載電流 |
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07-03 |
30% |
馬達無載電流 因為注塑機在工作中會有瞬間高負載，幫，驅(qū)動器的選擇會大于馬達之功率，為避免馬達因過熱而燒毀，故以07-02和OL1電子熱動電驛功能給予保護 |
（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
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