Drino- DNV516注塑机的伺服节能改造方案

    高性能矢量变频器DNV510同时集成了异步开环注塑机伺服功能和同步闭环注塑机伺服功能，只需设定A9.00一个参数选择负载类型为注塑机伺服功能，相关参数就会根据负载类型更新。

同时具有参数一键恢复功能，5个参数即可调试注塑机节能性能到最佳。调试简单方便。

DNV516软件平台DNV510，硬件平台注塑机伺服专机

一、引言 

从50年代推出了螺杆式塑料注射成形机至今已有50多年的历史。目前在工程塑料加工业中，80%采用注射成型。塑料颗粒（ABS，聚乙烯，改型聚苯乙烯等）在注塑机料筒内进行多段加热器加热融蚀后，经螺杆搅拌增压后注射入模具腔内，保压冷却成形，完成一个工件的加工过程。对于塑料加工，注塑机完整的工艺流程为，合模—锁模—注射—保压—冷却—脱模—开模。其中保压和冷却，脱模和开模是同时进行的，即保压过程中，模具在通水冷却；在开模的过程中，模具内的脱模顶针由隐蔽处逐渐后伸出，使附注在模具上的工件脱落，开模到位后一个加工过程结束。

不论大，中，小型注塑机，其工艺流程都是相同的。目前绝大多数的注塑机都是液压传动的注塑机，在注塑机工作时,一个工作周期中各个工序的负荷变化很大；对于现在广泛使用的定量油泵，它的供油量是恒定的，注塑机工作过程中流量和压力的变化是靠流量比例阀和压力阀来调节的，多余的油量经溢流阀流回油箱。这样，加剧了阀门和油泵的磨损，造成油温升高，电机噪声过大。另外，从注塑机的设计看，通常在设计时油泵都要留有余量，一般考虑10%～15%，但油泵的系列是有限的，往往选不到合适的油泵型号时就往上靠，存在严重的“大马拉小车”现象，造成电能的大量浪费。因此，对定量泵的注塑机进行异步伺服改造，节约电能，提高经济效率具有重要的意义。
    随着电力电子技术的发展，异步伺服在调速节能领域中的应用越来越广泛。它作为一种较为成熟的高科技产品，具有性能稳定，操作方便，节能效果明显等优点。越来越受到国内外工程技术人员和管理人员的关注和重视。

DNV516注塑机专用型伺服特点：

1：自动检测来自于注塑机控制系统的工作状态信号，并对这些信息进行分析和计算，根据注塑机的工作状态和工作压力及工作流量要求，自动控制伺服驱动器输出频率，从而调节油泵的转速。

2：具有异步电机开环注塑机伺服方式

3：具有同步电机闭环注塑机伺服方式

4：调试简单，灵活，使用方便。

二、注塑机系统工作简介
    要作好注塑机异步伺服得首先从注塑说起。塑料注射成型是利用塑料三种状态，借助于注射机和模具，成型出所需要的塑料制品。尽管所用的注射机不尽相同，但要完成的工艺内容和基本过程还是相同的，下面以卧式螺杆注塑机的加工过程为例予说明。

1、合模与锁紧

        注射成型过程是一个循环工作过程，一般以合模作为工作过程的始点，合模过程中动模板的移动速度需符合慢—快—慢要求，而且有低压保护阶段。低压保护的作用一方面是保证模具平稳地合模，减小冲击，缩短闭模时间，从而缩短成型周期；另一方面是当动模与定模快要接近时，避免模具内有异物或模内嵌件松动脱落损坏模具。最后为高压低速锁模阶段，该阶段的作用是保证模具有足够的锁紧力，以免在注射、保压时产生溢边等现象。

  2、注射装置前移

        当合模机构闭合锁紧后，注射座整体移动油缸工作，使注射装置前移，保证喷嘴与模具浇道口贴合，为注射阶段作好准备。

  3、注射与保压

        完成上述两个工作过程后，注射装置的注射油缸工作推动注射机螺杆前移，使料筒前部的熔料以高压高速注入模腔内。此时螺杆头部作用于熔料上的压力称之为注射压力，又称一次压力。熔料注入模腔后，由于模具的冷热传导，使模腔内物料产生体积收缩。为了保证塑料制品的致密性、尺寸精度、强度和刚度，必须使注射系统地模具施加一定的压力进行补料，直到浇注系统（关键是浇口处）的塑料冻结为止。此时螺杆作用于熔料上的压力称之为保压压力，又称二次压力。

  4、制品冷却和预塑化

        随着模具的进一步冷却，模具浇注系统内的深料逐渐趋于冻结，尤其当浇口冻结时，保压已失去了补料作用，此时，可以卸去保压压力，使制品在模内充分冷却定型。同时，螺杆传动装置带动螺杆传动，料斗内的塑料经螺杆向前输送，在料筒加热系统的外加热和螺杜的剪切、混炼作用下，塑料逐渐依次熔融塑化，并由螺杆运到料筒端部，产生一定的压力。这压力是根据所加工塑料调节注射机液压系统的背压阀和克服螺杆后退的运动阻力建立的，统称为预塑背压，其目的是保证塑化质量。由于螺杆不停地转动，熔料也不断地向料筒端部输送，螺杆端部产生的压力迫使螺杆连续向后移动，当后移到一段距离，料筒端部的熔料足以满足下次注射量时，由于制品冷却和预塑同时进行一般要求预塑时间不超过制品冷却时间，以免影响成型周期。

  5、注射装置后退

        注射装置是否后退根据所加工塑料的工艺而定。有的在预塑化后退回，有的在预塑化前退回，有的注射装置根本不退回，如热流道模具。注射装置需要退回的目的是避免喷嘴与冷模长时间接触使喷嘴内料温过低而影响下次注塑和制品质量。有的为了便于清料，也常使注射装置退回。

  6、开模和顶出制品

        模具内的制品冷却定型后，合模机构就开启模具。在注射机的顶出系统和模具的顶出机构联合作用下，将制品自动顶落，为下次成型过程做好准备。

        根据上述动作，按时间先后程序可将注射机工作过程绘成曲线图（见图一）

注塑过程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。

以上这些动作在传统的注塑机上都是以液压系统来完成的。由油泵和不同阀门的配合产生不同的压力方向和流量，提供油缸和液压马达所要求的推动力和移动速度。

众所周知，油泵的输出功率

Pt=p×Qt=p×V×n  (1)

而油泵的理论转矩:

Tt=1/2π×p×V  (2)

式中p为压力，Qt为流量，V为油泵排量(油泵每转排出的油量)，n为油泵转速

将(2)式代入(1)式得:

Pt=2π×Tt×n  (3)

如果忽略机械能到液压能转换过程中的能量损失，则可近似认为油泵的输出功率等于电机的输出转矩与电机转速的乘积。因此可以看出，当系统要求低流量时，系统需要的功率其实是非常低的。但是实际情况却是，由于电动机始终运行在工频50Hz状态上，并不能根据实际的需求来降低其转速，从而减小流量。因此多余的液压油只能通过比例流量阀流回油箱，造成能源的白白浪费。

根据以上事实，深圳递恩电气技术有限公司以此为基础，在多年的实践应用中积累了许多宝贵经验，提出了在注塑机械上异步伺服应用的多种节能方案，并为此专门推出了DNV516 注塑专用异步伺服控制器。

三、原系统工况存在的问题
　　1、主电机虽然星-角减压起动，但起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全。
　　2、主电机工频运行电能浪费严重。
　　3、主电机工频运行致使注塑机运行时噪音很大。
　　4、主电机工频起动设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作时对机械量大。
　　5、注塑机系统本身还存在一些弱点:(1)注塑机动作内部有着十分剧烈的突变过程:如锁模过程中，快速锁模→慢速低压护模→高压高速锁模的工况突变就很剧烈的;又如注射过程中，慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射胶过程工况也是很剧烈的，对机器的冲击都十分的大，影响了整个注塑系统的寿命。(2)动作油路制动达不到设计的精度，油路制动的开闭取决于电磁阀，而电磁阀的动作又取决于过程控制器提供的电压和电流，因大多数注塑机都没有死循环控制，阀的开闭精度就会大打折扣，尤其是阀的开闭程度在10%以下和90%以上时，动作的重复精度和稳定性都是极差的，某一动作在此状态下被执行很难保证其稳定性和重复精度。(3)执行动作的油缸本身有油封破损，有内泄现象，执行动作的可靠性和稳定性不高。这是由于多数时间内，负载的实际耗油量均小于油泵的供油量，造成高压状态下的液压油部分经溢流阀、比例阀等液压元件溢出。该溢流部分不仅未作任何有用功，而且产生热量，造成液压油发热，既耗能，又有害。

采用DNV516注塑机专用型伺服控制器，就能很好的解决这些问题，既提高了整个注塑系统的精度和稳定性，减少了巨大的机械冲击，延长了系统使用寿命，又能够节约大量的电能。
四、伺服改造方案设计原则

根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求，注塑机伺服改造后系统应满足以下要求：
　　1、节电效果20%~65%。
　　2、系统应具有伺服和工频两套控制回路。
　　3、为了防止非正弦波干扰空压机控制器，伺服控制器输入端应有抑制电磁干扰的有效措施。
　　4、电机软启动，减少对机械的冲击。
　  5、降低车间温度与噪音，改善工作环境，降低维护成本。

    6、油温不易上升，节水约60%左右，液压油使用期限长。

7、降低成本，提升竞争力，亦可为地球绿色环保尽一份力量，实现共赢。

8、考虑到系统以后扩展问题，伺服控制器应满足将来工况扩展的要求。