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注塑机伺服节能控制系统解决方案

  • 节能背景
        节能研究的前提,除了塑料以外,电费是注塑成品的最大成本。
在注塑产品成本的构成中,电费占了相当的比例,依据注塑机设备工艺的需求,传统的注塑机油泵马达耗电占整个设备耗电量的比例高达80%-90%。
新一代“节能型”注塑机,已成为迫切需要关注和解决的问题!
目前,伺服节能技术,已成立应用到注塑机上,比普通定量泵注塑机节能高达50-80%,而变量泵节能最高可达20-40%,同时,提高生产效率10%左右。注塑机制造厂商已经开始批量投产,将迅速成为市场主流产品。伺服节能技术将有广阔的发展空间。
 
 
  • 系统介绍
 
1) 注塑机成型原理 
注塑机成型工艺是借助螺杆(或柱塞)推力,将已塑化好的熔融状态(即粘流态)的塑料以高压快速方式,注射入到闭合好的模腔内,经冷却固化定型后取得制品的工艺过程。
 
2)注塑机伺服系统配置方案
   注塑机伺服控制系统,是用伺服电机取代原异步电机,用齿轮泵(螺杆泵、柱塞泵)取代原叶片泵,另外增加伺服驱动器,构成注塑机伺服控制系统,注塑机伺服控制系统取代了传统的PQ阀控制,对生产所需的压力和流量采用闭环控制,注塑机伺服控制系统的结构如下图所示:
 
 
 
3)注塑机伺服系统原理                                  
    油泵的流量与电机的转速为线性关系,且油路内的压力也正比于电机的输出扭矩。速度 N控制流量,当流量建立了压力之后,由 PID控制速度,稳定油压 (即流量,压力均由速度予以控制) 在油压还没有建立的时候,管路尚有空间,此时,用流量正比与转速的方式运转油泵,管路很快充油。油会受到管路的限制,很快建立油压。当油压建立起来之后,利用 PID 调整出来的转速 N控制,由于 PID  的平衡作用原理,油压可以稳定在给定值。 
 总结为:压力未到,伺服马达速度由流量指令控制;压力到达,伺服马达速度由压力指令和压力反馈差值运算出来的速度控制。
 
 
 
  • 注塑机伺服系统的特点

1)节能

与传统的定量泵和变量泵系统相比,伺服系统采用了压力、流量双闭环控制,结合了伺服电机快速的无级调速特性和液压油泵的自主调节油压特性,带来巨大的节能潜力,节能率可达20%-80%。

2)高效率                                   

伺服响应速度快,压力上升时间和流量上升时间快至20ms,提高了液压系统的响应速度,减少了动作的转换时间,加快了整机的运行速度。
采用变相位弱磁控制技术,提高电机转速最大至2500RPM,增加油泵的输出量,从而提高了开合模等动作的速度。

3)高精度                                                

压力控制精度。高精度,高响应的PID算法模块使系统压力非常稳定,压力波动低于±0.5bar,提高了产品的成型质量。

4)位置重复精度

快速响应速度保证了开、合模精度,闭环速度控制保证了射台位置重复精度高,生产出的产品精度搞,一致性好;克服了普通异步电机定量泵系统由于电网电压、频率等变化带来的转速变化,进而引起流量变化,使产品成品率降低的缺点。

5)降耗                                                     

降低液压油温:减少冷却水的用量30%以上,某种场合甚至完全不需水冷。
延长设备使用寿命:减轻开、锁模冲击,延长液压油泵,机械和模具使用寿命。
改善工作环境:降低噪音,一般情况下,动作时声音不超过68db。
 
  • 系统性能之比较
 

 

 
  • 多泵合流/分流控制技术

1、多泵合流控制技术

合流技术产生的背景,在于大吨位机器的控制,由于受到油泵或者马达

的限制,单泵已 远远不能满足流量的要求,这要求必须有一种技术,可以将多个油泵进行并联,以获得大 流量,一般说来,单泵能够提供最大 250L/MIN 的流量,大于此流量的机器必须合流。 
     —  适合于大吨位机器,多泵组合形成大流量 
     —  合流完全由伺服驱动器本身完成,无需电脑板参与控制  
     —  可以大小泵组合,或者相等排量泵组合。 
     —  保压时,完全可以切除从泵,小泵保压更加节能,稳定

 

2、多泵分流控制技术

分流技术产生的背景,在于大吨位机器中,为了缩短用户的制品工艺周期,提高生产率,在一套液压系统中,同时完成两个或以上的动作。由于单回路的液压系统在一个时刻只能控制一个流量和压力。因此,分流技术将单回路的液压系统分解成两套独立的系统,获得两个或以上的压力和流量,而分流的机器中,往往伴生着合流技术。因此,有分必有合。

     —  除适合大吨位机器的大流量之外,为了减少制品 周期,完成诸如同步顶针,同步溶胶动作最大限度节约周期时间,提高效率。 
     —  各阀之间采用单向阀和切换阀组合隔离油路。 
     —  周期中有几个同步动作,就需要几个压力传感器。
     —   可以大小泵组合 ;可以合并,可以分离,最大限度降低系统成本 。
 
  •  伺服驱动器和电机特点

​1、伺服驱动器的特点

采用CANBUS通讯可靠性高,响应速度快,实时性强,操作调试更方便、易用,设计更人性化,设备维护简单方便。

 

1)通过CANBUS通讯,可方便实现单机多泵并联、合流分流控制。
     —  同一机组可同时实现“多泵合流/同步”控制—智能控制。
     —  通讯参数调试简便—只需设定主/从泵。
     —  油压响应调试简便—只需调整主机油压响应参数。
     —  连锁报警—主机显示报警基站。
     —  保压控制智能切断从机动作。
2) 内置高精度、高响应PID算法模块,实现泵压力精确控制。
     —  压力控制更稳定,波动更小。
     —  降低油泵、电机以及液压油温升,延长整机使用寿命。
     —  进一步降低能耗。
3)通过CE认证,可提供多国制式电压选择,已有大量机器在海外装机运行。
4) 温度过热检测,具备传感器电源短路保护功能,保证机器的安全运行。
5)较强的机型适应能力:
     —  匹配的机器规格:50-3500T。
     —  匹配的伺服电机规格:3.7-160KW。
     —  匹配的油泵规格:16-280ML/REV。
6) 较广的机型以及容量覆盖范围:
     —  容量规格:单机额定输出电流9A-304A,等同额定功率3.7-160KW(380V级)。
     —  机型系列:通用型伺服油泵驱动器:IS300;高性能伺服油泵驱动器:IS360。
7) 高可靠性,故障率小于千分之五。
8) 内置直流电抗器,有效保证整机稳定运行。
9) 自由标定压力传感器规格,与各款压力传感器均能实现无缝对接。
10) PCB板进行三防漆处理,适应油雾、粉尘、潮湿环境长期无故障运行。
11) 提供水冷驱动器,实现驱动器功率体积比的最优化配置,满足紧凑安装要求。
 
2、伺服电机特点
 
1)采用ANSOFT软件进行仿真设计,电磁性能优越;
2) 采用高性能的钕铁硼励磁,铁损铜损小,效率高,发热更小;
3) 在很宽的速度和负载范围内都能保持较高的输出效率;
4) 丰富的容量规格以及额定转速可选;
5)可根据用户实际使用要求,进行非标设计。如:中空凹轴电机;
6) 采用坚固耐用的旋转变压器做为速度反馈元件,适应注塑机、压铸机高温、震动、油污环境下长期使用;
7) 内置电机过热保护使用热敏电阻,可对电机进行有效的过热保护。
 
 
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