注塑機(jī)變頻節(jié)能

馮地縱

（深圳市珊星電腦有限公司，廣東 深圳 518102）

隨著中國成為世界制造工廠，電力短缺和電價(jià)昂貴的矛盾日益突出。企業(yè)要想在嚴(yán)酷的競爭中取勝，如何加強(qiáng)成本控制已成為企業(yè)亟待解決的問題。在大多數(shù)企業(yè)的成本結(jié)構(gòu)中，注塑機(jī)電費(fèi)是企業(yè)成本的重要組成部分，節(jié)電已成為企業(yè)生存和發(fā)展的根本要素，注塑機(jī)的變頻改造將使注塑機(jī)能夠減少大量能耗，節(jié)電效率可達(dá) 25%～60%，已成為眾多企業(yè)降低運(yùn)行成本、增強(qiáng)企業(yè)競爭力的重要手段。

1 注塑機(jī)的工作過程

注塑機(jī)注塑過程是一個(gè)循環(huán)的過程。一個(gè)完整的注塑過程是由合模、注射座前進(jìn)、注射、保壓、冷卻、塑化、開模、頂出制品等程序組成的。在這個(gè)連續(xù)的過程中，各個(gè)階段的所需要的壓力和時(shí)間都是不同的，其中：合模過程需要略高壓力，持續(xù)時(shí)間不長；注射過程需要高壓力，持續(xù)時(shí)間非常短；保壓過程則需較高壓力，持續(xù)時(shí)間也不長；冷卻、塑化過程只需低壓力，而持續(xù)時(shí)間長，約占一個(gè)注塑周期的 40%～60%；開模及頂出制品過程所需壓力略高，持續(xù)時(shí)間不長。

2 注塑機(jī)節(jié)能的可能性

注塑機(jī)除了在注射過程時(shí)需要高壓力，其他階段的負(fù)荷較輕，尤其是冷卻過程，油泵基本處于卸載狀態(tài)，且維持時(shí)間較長。傳統(tǒng)的注塑機(jī)采用定量泵供油。而注塑過程的各個(gè)動(dòng)作對速度、壓力的要求不同，它是通過注塑機(jī)的比例閥采用溢流調(diào)節(jié)的方式將多余的油旁路流回油箱，在整個(gè)過程中，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速不變，故供油量也是固定的，而由于執(zhí)行動(dòng)作是間隙性的，也并不可能是滿負(fù)載的，因此壓力油就有很大一部分被溢流回油箱，據(jù)實(shí)測約有50%。

3 變頻節(jié)能原理

由于液壓注塑機(jī)油泵在每個(gè)工藝過程中需要的液壓流量不同，有Q＝nq（其Q為油泵流量，n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，q為油泵的排量），因此可采用變頻器控實(shí)時(shí)檢測來自注塑機(jī)控制系統(tǒng)的比例壓力和比例流量信號，適時(shí)調(diào)整各個(gè)工況動(dòng)作所需的馬達(dá)轉(zhuǎn)速（即流量調(diào)節(jié)）。而在非動(dòng)作狀態(tài)時(shí)（主要是在冷卻狀態(tài)），讓馬達(dá)停止運(yùn)行，對注塑機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造能夠帶來巨大的節(jié)能效果。變頻器利用原有的流量與壓力控制信號，它通過注塑機(jī)電腦提供同步工作訊號，利用變頻原理改變馬達(dá)轉(zhuǎn)速來改變油泵的輸出流量，在滿足注塑機(jī)在各個(gè)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(dá)25%～60%。

4 注塑機(jī)變頻節(jié)能的問題和解決

4.1 生產(chǎn)效率降低

在注塑機(jī)上加裝變頻器后可實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。但是變頻器通常通過采樣注塑機(jī)電腦的流量和壓力輸出電流來調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行頻率，當(dāng)注塑機(jī)進(jìn)行注射時(shí)，各工藝段的頻繁切換致使主電機(jī)頻繁的處于加減速進(jìn)程中，電機(jī)加減速及油路的速度變化都有一定的響應(yīng)時(shí)間，各工藝段切換的加速響應(yīng)時(shí)間由電機(jī)的加速響應(yīng)時(shí)間決定，一般為幾百毫秒，而加裝變頻器前各工藝段切換的加速響應(yīng)時(shí)間由流量閥響應(yīng)時(shí)間決定，一般為幾十毫秒，導(dǎo)致各工藝段切換的速度響應(yīng)時(shí)間延長，使注塑機(jī)生產(chǎn)周期時(shí)間增加，生產(chǎn)效率降低。突加負(fù)載需要壓力立即達(dá)到注射要求的壓力，而轉(zhuǎn)速的上升過程需要一定的加速時(shí)間。在這種情況下可能造成注射壓力不夠而無法滿足精密注塑對壓力動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的要求。

圖1 注塑機(jī)專用變頻器

圖1是使用注塑機(jī)專用變頻器的注塑機(jī)某一射膠工藝段切換時(shí)的速度響應(yīng)圖。變頻器在注塑機(jī)生產(chǎn)周期射膠工藝段之間轉(zhuǎn)換前給出一個(gè)電機(jī)加速的提前量，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的提前加速，從而消除在注塑機(jī)工藝段之間切換的速度響應(yīng)時(shí)間延遲，有效地解決了注塑機(jī)安裝變頻器后生產(chǎn)周期延長、生產(chǎn)效率降低和壓力不夠的問題。

4.2 變頻器對注塑機(jī)控制系統(tǒng)的干擾

在注塑機(jī)控制系統(tǒng)中，多采用微機(jī)或者PLC進(jìn)行控制，由于變頻器本身是高頻干擾源，產(chǎn)生的傳導(dǎo)和輻射干擾，往往導(dǎo)致控制系統(tǒng)工作異常，變頻器對注塑機(jī)電腦的干擾往往是通過電源或變頻器的模擬信號輸入口傳導(dǎo)進(jìn)入，針對這些情況可采取以下措施，有效地解決這些問題的發(fā)生。

（1）對注塑機(jī)電腦電源的傳導(dǎo)干擾。在變頻器的輸入輸出端加裝感抗濾波器，可有效抑制共模噪聲對注塑機(jī)電腦電源的干擾。

（2）對注塑機(jī)電腦輸入、輸出信號的輻射干擾。①變頻器采用良好的接地方式，可有效減少對注塑機(jī)電腦輸入、輸出信號的輻射干擾。②注塑機(jī)電腦使用金屬外殼，良好接地具有屏蔽功能，能有效地阻止變頻器產(chǎn)生輻射干擾。③注塑機(jī)電腦連接線采用屏蔽線，能有效地阻止變頻器產(chǎn)生輻射干擾。

（3）對模擬信號的輸入干擾。①良好的接地。電機(jī)等強(qiáng)電控制系統(tǒng)的地線必須通過接地匯流排可靠接地，微機(jī)控制板必須單獨(dú)接地。將傳感器、I/O接口屏蔽層與控制板的地相連。②采用感抗濾波方法。能有效地抑制變頻器產(chǎn)生的共模噪聲。③用屏蔽方法。使用屏蔽線，有效地抑制變頻器對系統(tǒng)的輻射干擾。