BWS伺服系统无感伺服注塑机节能改造方案

    关键字：BWS 塑料注射成型 伺服驱动器

    一、概述

    我国已持续近两年的电力供应短缺的现象，到2004年形势更加严峻，上半年出现拉闸限电的省市区已经达到24个。今年上半年，电力需求受9.7%GDP增 长拉动，继续高速增长，并呈“工业用电继续保持快速增长，高耗电行业用电增长居高不下”的特征。而电力供应能力则增加有限，出现持续供应不足的局面，致使 电力供需矛盾紧张，缺电范围和持续缺电地区进一步扩大。

    对于塑料制品行业来说，电耗是其生产成本的主要部分，而注塑机是塑料制品厂的主要能耗设备之一，注塑机的能耗成为注塑行业降低成本，提高产品竞争力的有效途径。

    目前绝大多数的注塑机都属于液压传动注塑机，液压传动系统中的动力由电机带动油泵提供。在注塑周期过程中的变化，注塑机在不同工序下需要的流量和压力不 同，必须依靠流量阀和压力阀调节不同工序所须的流量和压力不同，以及负荷变化很大，由于定量泵不可调节输出功率，因此多余的能量只能在挡板，油路泄露，油 的温升中消耗，加剧了各种阀的的磨损，又造成油温过高，电机噪音过大，以及机械寿命缩短等现象。并且通常在设计电机的容量比实际需要高出很多，存在“大马 拉小车”的现象，造成电能的在量浪费。因此注塑机节能改造，对于减少能源费，提高竞争能力具有重要意义。

    二、工作原理

    塑料注射成型是利用三种状态（固态-液态-固态），借助于注塑机和模具成型出所需要的塑料制品。尽管所有的注塑机不尽相同，但注塑机的工作流程基本是相 同。如图一所示，大致可分为七道工序：锁模、射胶、保压、溶塑、冷却、开模、顶针（顶针进、顶针退、射座退）等。每一动作的完成都有时间、压力、速度、位 置等几个参数的精妙配合，也就是说在某一位置的位移都有相应的压力和速度，且在不同的位置和时间内其压力和速度都是可变的。同时每一动作完成后发出终止信 号传送给程序控制器，程序控制器收到信号后才发出执行下一动作的指令。每一道工序都需要用不同的工作压力和流量，除了高压锁模、射胶及溶塑动作需要较大压 力外，其它工序都工作在很小压力下，其压力和流量是靠压力比例阀和流量比例阀来调节，通过调节压力比例阀和流量比例阀的开启度来控制压力和流量大小。

    三、系统配置：

     1.无感伺服控制框架流程图

     2.无感伺服改造原理图:

    无感伺服节能改造施工简单,无需更换原注塑机系统的任何部件,其改造方式兼顾了变频节能改造的简单易行,详细如下图示:

    无感伺服改造原理图

    由图可以看出,该系统保留了原来注塑机的电控系统不变,可以实现工频和节能状态两种运行方式自由切换,多方位的满足了客户的需求.

     1.对于比例流量阀的处理:

    如上图所示,外接48V3A电源和一中间继电器对比例流量阀进行工频技能模式转换。工频时：KA10不动作，流量信号F+经KA10的常闭点1-5流经比 例流量阀，再经KA10常闭点2-6，伺服驱动器信号端子流入注塑机控制器F-，形成完整完整回路，实现对比例阀开合度的控制。

    节能状态：当处于技能状态运行时，伺服输出端子Y1动作，KA10吸合，外部48V3A电源经KA10的3，4常开端子和比例阀形成回路，该回路电流一直 维持在1A，所以比例阀一直处于最大开合度状态；同时注塑机流量信号F+经过KA10吸合的常开点1-3，40欧姆电阻，常开点2-4，经伺服驱动器信号 端子后流入注塑机控制器F-形成回路，当F+,F-两端电压在0-48v变化时，其回路电流刚好在0-1A变化，从而实现对伺服控制器的速度控制。

     2.运行控制及速度补偿：

    接线步骤：

     1)先将驱动器24V和PLC端子上的短接片去掉。

     2)将YCM接入伺服驱动器端子PLC.

     3)判断注塑机YCM是注塑机控制电源24v的正端还是负端，如果是正端就将注塑机控制器24V电源负端经过节能状态时吸合接触器的常开触点后接入伺服 驱动器X1.如果是负端就将注塑机控制器24V电源正端经过节能状态时吸合接触器的常开触点后接入伺服驱动器X1

     4)将注塑机控制器对应的锁模，开模等输出信号分别接入伺服驱动器控制端子X2-X5.

    运行控制信号：

    当转换到节能状态时，该接触器吸合，24V电源经驱动器内部后，回到其公共端YCM形成回路，驱动器开始运行；当转换到工频状态时，接触器触点断开，切断了该工作回路，驱动器停止运行。

    运行控制及速度补偿原理图

    速度补偿：

    当出现某一个工序工作压力和流量不是时，单独对该工序进行速度补偿，从而使电机在整个变化的负荷范围内能量消耗达到所需的最小范围，并确保电机平稳、精确地运行、即保证产品质量又节约电能，真正做到经济实用。

    例如，当锁模时力度不够，而其它工序都正常工作时，可以通过该方式对锁模工序单独补偿。只需在伺服控制器内部，打开补偿功能，并设置好补偿速度，当进入锁模工序时，注塑机控制器，锁模端子Y81输出24v电压，给外接的继电器KA1,当KA1吸合时，伺服控制器X2端子有效，就可以按照X2端子对应的补偿速度进行补偿，从而满足锁模所需压力。

    四、参数调试

    由于该无感伺服驱动器是专为注塑机节能开发研制的，只需根据电机功率校正加减速时间和打开关闭速度补偿功能即可，调试简单方便。

    五、系统优点

    伺服无感矢量是适用于注塑机节能与自动化改造的专用控制节能，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，正常工作。并具有以下优点：

     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，如英飞凌模块、BHC电容、IXYS整流桥等。关键电路全部采用高集成度厚膜IC，从而保证整机的可靠性；

     2.软启动功能：

    使用伺服无感矢量节能改造后，用无感伺服控制启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电的要求延长了设备和模具的使用寿命

     3.改造简单，节电率高：

    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，节电率一般达20%~60%；且无需更换原注塑机系统任何部件，改造成本低廉。

     4．保持原注塑工艺不变，生产效率不变：

    在不改变原工艺参数的情况下，利用转速补偿功能，即可达到原工艺的生产要求；由于该无感伺服系统采用优良的控制策略，先进的电流限制技术和硬件优化设计，使其具有高速的动态响应能力，实践测试不会引起生产效率下降。

     5.超强的过载能力和完善的EMC设计：

无感伺服控制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，能承受起启停重载的冲击而不跳闸，以确保生产过程的连续性。完善的EMC设计:无感 伺服控制采用完善的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。