Q9000變頻器在註塑機上的應用

引言

引言
注塑過程一般分為以下步驟：鎖模→注射保壓→熔膠加料→冷卻定型→開模頂針。每一動作的完成都有時間、壓力、速度、位置等幾個參數的精密配合，也就是說在某一位置的位移都有相應的壓力和速度，且在不同的位置和時間內其壓力和速度都是可變的。同時每一動作完成後發出終止信號傳送給程序控制器，程序控制器收到信號後才發出執行下一動作的指令。此外注塑機系統本身還存在一些弱點：

(1)注塑機動作內部有著十分劇烈的突變過程：如鎖模過程中，快速鎖模→慢速低壓護模→高壓高速鎖模的工況突變就很劇烈：又如注射過程中，慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射膠過程工況也是很劇烈的，對機器的衝出非常大，影響了整個注塑系統的壽命。

(2)動作油路制動達不到設計的精度，油路制動的開閉取決於電磁閥，而電磁閥的動作又取決於過程控制器提供的電壓和電流，因大多數注塑機都沒有死循環控制，閥的開閉精度就會大打折扣，尤其是閥的開閉程度在10％以下和90％以上時,某一動作在此狀態下被執行很難保證其穩定性和重複精度。

(3)執行動作的油缸本身有油封破損，內洩現象，執行動作的可靠性和穩定性不高。這是由於多數時間內，負載的實際耗油量均小於油泵的供油量，造成高壓狀態下的液壓油部分經溢流閥、比例閥等液壓元件溢出。該溢流部分不僅未作任何有用功，而且產生熱量，造成液壓油發熱，既耗能，又有害。採用注塑機的變頻運行，就能很好的解決這些問題，既提高了整個注塑系統的精度和穩定性，減少巨大的機械衝出，延長系統使用壽命，又能夠節約大量的電能。

注塑機變頻節能原理

對於塑料製品行業來說，電耗是其生產成本的主要部分，而注塑機是塑料製品廠的主要能耗設備之一，因此降低注塑機的能耗成為註塑行業降低成本、提高產品競爭力的有效途徑。

傳統的注塑機是採用定量泵供油的，注塑過程的各個動作對速度、壓力的要求也不一樣，它是通過注塑機的比例閥採用溢流調節的方式將多餘的油旁路流回油箱，在整個過程中，馬達的轉速是不變的，故供油量也是固定的，而由於執行動作是間隙性的，也並不可能是滿負載的，因此定量供油就有很大的浪費空間，據實測至少有50％左右。變頻節能正是針對這一浪費空間，實時檢測來自註塑機數控系統的比例壓力和比例流量信號，適時調整各個工況動作所需的電機轉速（即流量調節），讓泵出的流量和壓力，剛好能滿足系統的需要，而在非動作狀態時（主要是冷卻狀態），讓電機停止運行，這樣節能空間就進一步地增大了，故對注塑機進行變頻節能改造能夠帶來巨大的節能效果。

注塑機變頻改造原理示意圖如圖1所示。

 

 

图1：注塑机变频改造原理示意图

Q9000注塑机变频节能电气原理图如图2所示。由图可知，工频与变频用sa及km3、km1进行电气互锁，确保工频运行与变频运行不能同时进行，保护系统安全运行；当选择开关sa在中间位置，即在0档时，电路不工作；sa转至左边，即在１档时，km1得电（变频运行指示灯h12亮），其常闭辅助触头先断开，切断工频控制回路。km1常开辅助触头后闭合，km2得电吸合。km1、 km2主触头先后闭合，接通变频器主电路。此时如果有运行信号，如图３所示，原系统星三角启动切换完，且控制线路选择到变频运行，即km2线圈得电，这时fwm-com闭合，变频器运行，注塑机开始工作。变频器根据注塑机电脑板给出的压力及流量信号，经内部处理后，输出不同的频率，调节电机转速，即：输出功率与压力和流量同步自动跟踪控制，故可以大大减轻合模、开模的震动，稳定生产工艺、提高产品质量，减少机械故障，延长机器使用寿命。

 

 

 

图2　注塑机Q9000变频节能电气原理图

 

 

 

图3 变频器运行信号

当检测有异常时，EA-EB断开，切断变频器输出信号及输出回路。EA-EC后闭合,h11故障指示灯亮。排除故障后，按变频器故障复位键后，既可继续工作。当sa转换至右边时，工 频运行，即与原系统工作时一样，确保变频器出现异常时，不影响生产。变频器相关功能端子说明见表１，所使用到的相关参数说明见表2。

表1变频器相关功能端子说明

类别	端子标号	功能说明
运行	FWD	FWD-COM之间短接时正转,开路时减速并停止
	COM	24VDC电源的地端子
故障输出	EA EB EC	故障输出端子,检测变频器保护功能的动作,变频器正常时:TA-TB闭合,TA-TC断开;变频器因故障而保护动作时:TA-TB断 开,TA-TC闭合
注塑机端子	IA/GND	0~1A电流信号输入
	FIV/VB	±10V电压信号输入
	FIC	4-20mA电流信号输入
	OV	电压输入FIV电流输入FIC的参考地端

表2功能参数

功能代码	名称	设定
11-02	控制模式选择	11-02=2（开环矢量）
21-01	频率选择	21-01=1（注塑机专用）
21-02	运转指令选择	21-02=1外（部端子控制。组合设定）
21-03	停止方式选择	21-03=1（自由停止）
21-04	反转禁止选择	21-04=1（反转禁止）
31-01	加速时间1	31-01 31-01=3
31-02	减速时间1	31-02=1
36-01	载波时间	36-01=4
51-04	上限频率	51-04=4042
T3-02	端子F2V输入增益	T3-02=150%
T3-03	端子F2V输入偏压	T3-02=5%
T3-10	端子F2V输入增益	T3-10=100%
T3-11	端子F2V输入偏压	T3-11=0%

Q9000-C系列变频器特点

9000-C系列变频器是适用于注塑机节能与自动化改造的专用变频器，采用优良的控制策略使其具有较快的动态响应，先进的电流限制技术和硬件优化设计，使产品具有超强的 过载能力，能保证在负载频繁波动的情况下，变频器不跳闸。具有以下特点：

(1)高可靠性

完善的可靠性设计方案：如冗余设计，降额设计等，所有元器件全部采用工业或军工等级，关键元器件全部采用进口元件,如优派克ipm模块、NCC电容、SANREX整流桥等。关 键电路全部采用高集成度厚ic，从而保证整机的可靠性；

(2)高节电率

保留注塑机原有控制方式油路不变，采用先进的微电脑控制技术，使定量泵变为节能型变量泵，注塑机液压系统与整机运行所需要的功率匹配，无高压节流溢流能量之损失， 提高油泵电机功率因素至0.96以上，节电率一般可达25%~65%，所有投资6~12个月便可收回。

(3)软启动

相比工频启动方式，采用变频器控制可以减小开锁膜震动，延长模具的使用寿命，同时系统发热量减小，油温稳定，延长液压系统的使用寿命，为用户节省了维护的费用，由 于运行稳定，对塑胶制品的品质稳定性有较大的提高。

(4)超强的过载能力和动态响应速度

Q9000-C系列变频器采用先进的控制算法和独特的限流技术，确保在注塑过程中，能承受起启停重负载的冲击而不跳闸，以确保生产过程中的连续性。高速的动态响应，最大 限度减小制品成型周期的延迟现象。

(5)完善的emc设计

Q9000-C系列变频器采用完善的emc设计方案，内部布局优化设计，采用多种emi对策，确保对注塑机电气系统的干扰减小到最小，保证其工作的稳定性。

注塑机案变频器节能改造案例

• 公司名称：广州某塑料有限公司

• 注塑机变频器节能改造的目的：随着社会各行各业竞争的日益激烈，节能作为企业增效降耗、降低经营成本、提高竞争力的重要手段，已普遍被人们认识和接受。在竞争激烈的注塑行业有如下特点：

  企业主要经营成本是员工的工资和电费；

  由于企业之间的竞争，塑胶件的加工费用越来越少，电费所占费用越来越多；

  节省电费、降低成本，提高企业的竞争力，是业内众多经营者所关注的问题；

• 改造注塑机型号：宁波htf150
• 注塑机马达功率：15KW
• 改造车间：一楼注塑成型车间
• 改造时间：2003/09/02
• 厂家参与负责人：刘课长、李工
• 生产注塑件：电源插头
• 成型周期：32s
• 测试设备：三相四线电能表
• 测试时间：2003年09月02日
• 测试结果：节电率48%

表3 工频运行产量及用电量

工频运行产量与用电量					工频运行产量与用电量
时间	产品数	产量	抄表数	差值	时间	产品数	产量	抄表数	差值
20:50	7217		199.2		10:00	6658		143
04:50	7640	423	279.6	80.4	18:00	7077	419	184.2	41.2

从表3分析可知，工频运行时平均一个小时用电量是10kwh；变频节能运行时平均一个小时用电量是5.2kwh, 节能率48%，效率基本保持不变： 浙江黄岩地区当地电费是0.82元 每度，该塑料制品厂24小时连续生产，如果以每月工作30天计算。则有：

• 工频运行时，电费/月=10*24*30*0.82=5904元：
• 变频节电运行时，电费/月=5.2*24*30*0.82=3070元：
• 每月节约电费2834元。

客户在半年左右即可收回成本。

节能改造后的测试

总的来讲，节能效果是肯定的，节能率达25%-60%，且运行稳定可靠。

工变频对比方面

在不改变注塑机和变频器参数的前提下作比较：射出成型品的品质方面无影响，周期在变频器工作时会慢0.3~1.2S(变频器功率越大，产品工况越复杂，周期就会相应的增加) ，在射出的稳定性和重复精度方面，变频状况较工频状态稳定，因为变频状况注塑机压力有温度可降至35~40℃左右。在此状况下的油温最能保证液压执行件的重复精度和稳定性， 压力油的使用寿命也会延长，也减轻了中央运水系统的负荷，油温教工频状态降低15~18℃。

增加了电力系统的装机容量

电力系统本身预留一定的容量供用电设施启动用，工频状况下启动电机是采用的星三角形降压延时起动，此起动电流是电机额定电流的4~7倍，若多台大功率的电机同时起动 ，将对电网造成很大的冲击。为经得起电机起动冲击，只有加大系统的容量，故先前的用电容量很大，而采用变频时电机起动属软起动，只需在额定电流下就可以起动，且起动平 滑无冲击，这样可以减小起动时对电机和电网的冲击，从另外的角度来讲可以算是增加了系统的装机容量。

变频状态下工作时有很强的保护功能

变频器的保护可从以下三个方面去认识；

• 第一，可以保护变频器本身；
• 第二，可保护电机；
• 第三，保护注塑机免受错误操作。

在此保护功能下，可以保证注塑机在标准的系统压力和系统速度下工作，若所执行的动作需要的压力和速度超过系统压和速度，此时变频器就将进入保护状态，比如：未到熔融温度强行熔胶，因注塑机过负载工作，变频器就会通过恒速过电流进行保护，若是工频状态下，注塑机可以借助强大的动力，扭断火箭头、炮筒、螺杆或者损坏熔胶液压马达。又比如超过140bar的锁模压力强行高压锁模，变频器会对超过140bar的锁模力的执行动作进行保护，也会出现恒速过电流，工频时其锁模力还可大幅度地提高，这样机械系统将会受到致命的打击。若保证所有执行动作所需的压力和速度都在标准的系统压力和速度之内，变频器也就不会频繁保护，对注塑机本身也有很大的好处。

变频状态下,因电机的转速随不同的动作需求在作剧烈的变化,电机的平均转速会降低一半以上,而电机散热风扇排量与电机转速有直接的关系,故散热的效果就会减低,电机温度会较工频状态升高10-13℃，电机温度会升到55℃左右。

      View:    Create:08/10/15