1 引言
注塑成型加工行業(yè)屬生產(chǎn)密集型產(chǎn)業(yè)，注塑機(jī)作為其主力設(shè)備，是公認(rèn)的“耗能大戶” ，加上塑料制品種類多樣性和機(jī)型配置單一性，導(dǎo)致電能利用率普遍較低。同時(shí)，隨著行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，成本戰(zhàn)導(dǎo)致企業(yè)的利潤空間進(jìn)一步縮小，而電費(fèi)占總成本的比例越來越高。基于注塑成型加工行業(yè)的這種現(xiàn)狀，合康變頻致力于電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研發(fā)改進(jìn)，其同步機(jī)驅(qū)動(dòng)器憑借著優(yōu)良的性能和質(zhì)量成功地解決了傳統(tǒng)注塑機(jī)的油泵系統(tǒng)控制精度不高，油閥動(dòng)作滯后等缺點(diǎn)，有效地提高企業(yè)的節(jié)電效率并降低了設(shè)備的維護(hù)成本。
2 合康HID618注塑機(jī)專用伺服驅(qū)動(dòng)器的主要優(yōu)勢(shì)
2.1 節(jié)能降耗
同步機(jī)改造節(jié)能體現(xiàn)在兩方面，一是電機(jī)上的節(jié)能，交流永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極采用永磁材料基本無消耗，電機(jī)功率因數(shù)高于0.95。而普通三相交流異步機(jī)會(huì)消耗較大的無功功率，功率因數(shù)低于0.85;另一方面是工藝上的節(jié)能，由液壓公式：P功率=P壓力×Q排量×N轉(zhuǎn)速/60，可知液壓功率跟壓力、油泵的排量和電機(jī)的轉(zhuǎn)速是相關(guān)聯(lián)的;液壓能耗W=P×t功率的時(shí)間累積就是能耗，在壓力不變的情況下有效地改變電機(jī)轉(zhuǎn)速或者油泵的排量就可以節(jié)省能耗。
2.2 快速響應(yīng)，縮短周期
電機(jī)上，電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理不一樣，決定電機(jī)的響應(yīng)不一樣。普通異步機(jī)加減速時(shí)間長，配合變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)間一般>600ms;而永磁同步電機(jī)加減速時(shí)間短，配合伺服驅(qū)動(dòng)器時(shí)間大約是20ms-50ms。
工藝上，同樣排量的油泵下，異步機(jī)不具備弱磁擴(kuò)速，而同步伺服機(jī)具有可以弱磁擴(kuò)速500轉(zhuǎn)的能力，而注塑機(jī)的動(dòng)作快慢是由流量決定的，同步機(jī)液泵可以使注塑成型周期縮短。
2.3 提高精度
同步電機(jī)液壓泵系統(tǒng)檢測(cè)了實(shí)際的油壓信息，油壓給定與油壓反饋信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后獲得輸出轉(zhuǎn)速指令。這種控制方法可以使實(shí)際的油壓值跟隨油壓指令變化。通過調(diào)試，可以使得油壓控制精度在1%以內(nèi)。而傳統(tǒng)定量泵系統(tǒng)采用油壓開環(huán)控制方式，實(shí)際的油壓不能進(jìn)行精確的控制。
2.4 降低油溫
系統(tǒng)的供油方式不同：恒速供油(定量泵系統(tǒng))高壓溢流，油溫高;變速供油(伺服泵系統(tǒng))無高壓溢流，油溫低。油溫低，粘度下降慢，壓力特性好，調(diào)機(jī)方便;油封老化周期延長，節(jié)省維修費(fèi)費(fèi);泄漏量少，工作環(huán)境干凈;減少注塑機(jī)的冷卻水量，節(jié)省水塔投資費(fèi)用車間工作環(huán)境降低，節(jié)省車間降溫費(fèi)用。
3 合康變頻HID618同步伺服驅(qū)動(dòng)器在東莞某鍵盤外設(shè)廠的改造應(yīng)用
圖1 同步驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)
3.1改造的基本情況
應(yīng)用地點(diǎn)：東莞某鍵盤生產(chǎn)廠
變頻器型號(hào)：HID618-T4-22G
系統(tǒng)名稱：德群注塑機(jī)，電機(jī)功率17.8kW，扭矩100N.m，額定轉(zhuǎn)速1700rpm。
3.2進(jìn)行伺服油泵改造的必要性
該廠(如圖1)主要生產(chǎn)電腦鍵盤等產(chǎn)品，一樓為注塑車間，原有注塑機(jī)采用傳統(tǒng)的三相異步電機(jī)+變量泵的液泵系統(tǒng)，由于系統(tǒng)的高壓溢流，油溫高等原因，導(dǎo)致設(shè)備油封老化快，設(shè)備需要頻繁的維護(hù)保養(yǎng)，運(yùn)行成本高，生產(chǎn)效率低。為了提高生產(chǎn)效率和降低運(yùn)行成本，決定對(duì)該注塑機(jī)進(jìn)行同步機(jī)液泵改造。
3.3 伺服系統(tǒng)改造的方案設(shè)計(jì)
(1)改造前的匹配性檢查
在改造過程中，合康變頻專門對(duì)伺服油泵，同步電機(jī)進(jìn)行了匹配檢查，發(fā)現(xiàn)伺服油泵并未根據(jù)原有注塑機(jī)的噸位和流量進(jìn)行選擇，而關(guān)系到注塑機(jī)伺服泵系統(tǒng)選型的是注塑機(jī)的噸位和壓力。噸位和流量之間有大致的對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此要給注塑機(jī)做選型配置時(shí)，一定要知道注塑機(jī)的流量和系統(tǒng)壓力。其次是要根據(jù)選用的伺服油泵選擇相匹配的同步電機(jī)。再就是根據(jù)同步電機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器的選擇。
針對(duì)改造前注塑機(jī)同步電機(jī)存在的問題，合康變頻專門設(shè)計(jì)注塑機(jī)伺服節(jié)能控制解決方案，采用合康變頻HID618系列注塑機(jī)專用伺服驅(qū)動(dòng)器，其具備永磁同步電機(jī)的閉環(huán)矢量控制算法，集成注塑機(jī)專用控制卡，用于伺服油電混合注塑機(jī)中的伺服電機(jī)控制。對(duì)給定的流量、壓力指令和壓力反饋信號(hào)精確控制，快速、準(zhǔn)確地控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，為注塑機(jī)系統(tǒng)提供所需要的壓力和流量，完全實(shí)現(xiàn)按需供油，極大減少傳統(tǒng)液壓旁路的溢流損失，滿足塑料成型快速、精確、節(jié)能的要求。
(2)合理的接線方法
將原有動(dòng)力系統(tǒng)的星三角啟動(dòng)線路拆除，取原電源至同步驅(qū)動(dòng)器HID618的電源進(jìn)線端，同步驅(qū)動(dòng)器的出線端接同步電機(jī)。(如圖2所示)
圖2 同步機(jī)控制注塑機(jī)配置簡圖
圖3 控制線路如圖
其中同步機(jī)改造注塑機(jī)系統(tǒng)中，由于更換了油泵，原油泵所帶的壓力比例閥和流量比例閥不再使用，注塑機(jī)比例閥和流量閥輸出0~1A電流信號(hào)，串一個(gè)50歐、100W電阻，經(jīng)合康LKZ-F015-V01電流電壓轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換為0~10V信號(hào)，然后接入變頻器模擬量輸入端子。(如圖3所示)
將同步機(jī)的編碼器信號(hào)接到注塑卡的脈沖信號(hào)通道，將油泵的壓力傳感器信號(hào)接入同步機(jī)的模擬量通道。
(3)使用過程中的注意事項(xiàng)：
?同步機(jī)系統(tǒng)響應(yīng)非常快，要求PID調(diào)節(jié)異常靈敏，現(xiàn)場(chǎng)可以設(shè)置模擬量通道的模擬濾波時(shí)間設(shè)置一般為0.01s或者為0，PID輸出緩沖時(shí)間也可以設(shè)置為0;
?對(duì)系統(tǒng)PID給定壓力值和反饋壓力值精度要求較高，一旦這兩個(gè)值有干擾，直接影響PID調(diào)節(jié)效果。可以在這兩個(gè)模擬量的輸入端并聯(lián)電容方式減小輸入信號(hào)的波動(dòng);
?比例閥和流量閥輸出回來串入的電阻，如果散熱性能不佳將會(huì)導(dǎo)致輸入的模擬量波動(dòng);
?系統(tǒng)響應(yīng)快，因此加減速時(shí)間可以設(shè)置為F0.11 = 0.020s，F(xiàn)0.12 = 0.020s，系統(tǒng)可以正常工作;
?旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)線接入到擴(kuò)展板旋變輸入端子。正常情況下，旋轉(zhuǎn)變壓器激勵(lì)信號(hào)源R1-R2導(dǎo)通，正弦信號(hào)源S1-S3間導(dǎo)通，余弦信號(hào)源S2 –S4間導(dǎo)通，且S1-S3間的電阻值與S2 –S4間電阻值大小相等。
3.4改造同步機(jī)控制后的效果
?徹底消除高壓節(jié)流，比原異步電機(jī)+變量泵系統(tǒng)節(jié)電40%;
?響應(yīng)迅捷，0-100%升、降速時(shí)間≤0.02秒，0-100%壓力變化最快可達(dá)20ms，提高生產(chǎn)效率;
?控制精確，重復(fù)精度誤差是0.1%，制品精密抗過載能力強(qiáng)，伺服的力矩過載倍數(shù)≥300%;
?狀態(tài)轉(zhuǎn)換靈活，速度、力矩控制靈活切換，平滑減輕開、鎖沖擊，延長液壓油泵、機(jī)械和模具使用壽，降低噪音、改善工作環(huán)境。
