注塑机压力、速度之PID参数原理
点击数：7365 次 录入时间：03-04 11:52:16 整理：http://www.55dianzi.com 变频器基础
注塑行业正面临着一个飞速发展的机遇，然而在注塑产品的成品的构成中，电费占了相当的比例，依据注塑机设备工艺的需求，注塑机油泵马达耗电占整个设备耗电量比例高达50%-65%，因而极具节能潜力，设计与制造新一代“节能型”注塑机，就成为迫切需要关注和解决的问题。注塑机的工艺过程一般分为锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等几个阶段，各个阶段需要不同的压力和流量。对于油泵马达而言，注塑过程是处于变化的负载状态，在定量泵的液压系统中，油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量，多余的液压油通过溢流阀回流，此过程称为高压节流。据统计由高压节流造成的能量损失高达36%-68%。 随着世界各国在环保，如能耗、噪音、泄漏等控制方面日益严格的要求，节能已成为注塑机制造商研究重点，力劲集团为满足客户通过节能以降低生产成本之要求，对各种节能控制技术进行了深入广泛的研究和实践。全电动注塑机具优良的节能特性，全电动注塑机在动力驱动系统上彻底抛弃了全油压机油泵马达产生的油压驱动系统，而采用伺服电机驱动，传动结构采用滚珠丝杆和同步皮带，大幅度提高了注塑机动力系统的控制精度，彻底解决了液压油对环境的污染问题，机械产生的噪声也随之下降，在能源消耗，性能，使用的费用及机器本身的性价比已处于优势,特别是生产如医疗器械、药用、食品包装、饮食用等制造过程洁净度要求较高的行业以及高档的精密产品，全电机是一个很好的选择，全电动注塑机具有节电、节水、高性能特性，运转经费大幅度下降，加工周期短、工效高，但制造成本亦高、且品种少，全电动注塑机只是因价格和技术的因素限制了其应用，目前国内的全电动注塑机市场份额还非常少，力劲集团已研制成功新一代PT-60V全电动注塑机既将投放市场；传统的液压式注塑机目前主要有比例变量泵与变频定量泵两种节能控制系统，下面分别分析两种节能技术的工作原理以探讨其性能特点与应用。 一、两种控制系统的组成及工作原理 比例变量泵控制系统：主要有油泵电机、比例变量泵、及常规液压阀组成，用户根据注塑成型工艺要求设定各种动作压力、速度，这些设定值经微处理器转换成相应的模拟信号（电流或电压信号）输出给比例变量泵的比例压力阀及比例流量阀，同时变量泵内的比例压力阀及比例流量阀按设定值向系统输出压力和流量产生的压、流差及负载的变化快速推动（调整）变量泵斜盘顷角发生变化，使液压系统的能量输出跟随注塑过程整机变化的负载状况而变化，比例阀按设定值向系统输出整机需要的精确压力和流量，最大限度避免能量的损失。变频定量泵控制系统：主要有变频器、油泵电机、定量泵、比例阀（压力/流量）、及其它常规阀（方向阀和溢流阀）组成，系统工作时，用户根据注塑成型工艺要求设定各种动作压力、速度，这些设定值经微处理器转换成相应的模拟信号（电流或电压信号）输出给系统的比例压力阀及比例流量阀，同时与速度设定相对应的模拟信号输入至变频器的控制板，实现控制交流电动机的转速按设定值变化，电动机转速的变化导致与之相联的定量泵速度的变化，使液压系统的能量输出跟随注塑过程整机变化的负载状况而变化，在保压、冷却及空转的状况保持很低的转速，以达到节能的目的。利用注塑机同步信号及电气控制系统，根据注塑成型的工艺要求，将电液比例控制系统，模拟成负载跟踪控制系统，使油泵电机的转速与注塑机工作所需液压的流量与压力乘积成正比，将传统的定量泵改造成变频变量泵，从而使溢流阀的回油流量降到最小，无高压节流能量损失。二、通过分析研究两种控制系统节能工作原理可以看出其性能特点 1．系统的响应速度 变量泵：比例压力及流量与泵于一体，控制油路行程短、反应快，交流电动机转速恒定，无磁滞效应及转动惯量的影响，响应时间快（100ms内）；变频系统：交流电动机速度在变频器的控制下随负载变化而变化，受磁滞效应及转动惯量的影响，响应速度慢（800-1000ms）。www.55dianzi.com 2．产品的成型周期与工效 变量泵：交流电动机转速恒定，无磁滞效应及转动惯量的影响，响应时间快、能满足任何制品的要求，成型周期短，工效较高；变频系统：交流电动机速度在变频器的控制下随负载变化而变化，受磁滞效应及转动惯量的影响，响应速度慢，对高要求的制品难以成型，成型周期长，工效较低。 3．电机、油泵的启动特性与使用寿命 变量泵：工频状况下马达采用的是星三角降压延时启动，此时电流是电机额定电流的4-7倍，若多台大功率的电机同时启动，将对电网造成很大的冲击，启动完成进入正常运转后，交流电动机转速恒定，速度改变只改变油泵的斜盘顷角，对油泵的使用寿命无影响 ；变频系统：马达只需在额定电流下就可软启动，电流平滑无冲击，减少了启动电流对马达和电网的冲击，启动特性好；启动完成进入正常运转后，由于交流电动机速度不断变化，温度要高于恒转速温升，在油泵转速较低时，其输出的压力、流量不稳定，冷却效果下降，油泵、电机的使用寿命降低。 4．功率因素与可承受过载能力 变量泵控制系统油泵电机功率因素为其固有特性不变，过载能力好；变频控制系统由于变频器内滤波电容的作用将提高功率因素，增大了电网的有功功率，从而节省了无功功率消耗的能量，可降低线损和设备的发热，变频器自身对电机具有过载、过流、缺相保护，过载能力低。 三、两种控制系统之应用 根据两种控制系统节能性能特点，由于比例变量泵节能控制技术相对成熟，目前注塑机制造厂普遍采用比例变量泵节能控制技术, 通过比例变量泵节能还处于主导地位；而应用变频器调速控制技术以实现节能无疑也是有益的尝试,由于其尚有固有的技术还有待解决，力劲集团为此组成专门课题组并就此进行了深入的研究，对变频节能应用中出现的问题不断探索优化的解决方案： 1．变频器影响电机寿命问题：随着电机转速的降低，与电机转子相连的风扇叶片的转速也降低，致使电机散热不良，同时绝缘层在变频器高频高压的冲击下绝缘下降而影响电机寿命，通过电机制造商生产专用的变频电机对原专用注塑电机进行改进，电机风扇独立于转子，转速不受电机转速下降之影响，绝缘层选用更优质的材料，以解决变频器影响电机寿命问题。www.55dianzi.com 2．变频节能技术导致生产效率下降的问题：主电机随注塑机各动作的速度变化而变化，动作的频繁转换致使主电机频繁处于加减速过程中，由于磁滞效应及转动惯量的影响，导致了注塑循环周期的增加，生产效率下降。我们的思路是通过与注塑机电脑供应商、变频器制造商三方通力合作，通过电脑对变频器的控制，实现变频器的输出频率和输出转矩解耦调节，达到变频器与注塑过程各动作的最佳配合，以达到提高生产效率之目的。 3．变频注塑机在高压锁模和慢速开模时，变频器运行在低速大转矩的状态下，电流易超过额定值而造成过电流保护的问题。我们力求与变频器制造商协作，要求变频器输入端设有开、锁模输入点，将注塑机开、锁模时的信号输入致变频器，通过特定的变频器参数设定，使电机在开、锁模时保持高速运行，避免低速大转矩状态出现。 4．变频定量叶片泵在低速时其输出的压力、流量不稳定的问题。当转速低于某一临界值（400r/s）时，叶片泵的吸油能力就变得较差，甚至不能出油，解决的办法提高频率设定信号增益，或者选择内啮合齿轮泵替代叶片泵，从而解决叶片泵低速吸油差的问题。 依据控制系统节能工作原理，注塑机节能还具有附加的优点， ①减轻开、锁模冲击，延长机械和模具使用寿命。 ②延长油路系统（密封组件等）使用寿命，减少维修次数、节省维护费用。③降低噪音、改善工作环境。④系统油温大幅降低，冷却用水量可节省30%以上。 ⑤变频器对电机具有过压、过流、缺相等多种保护。 ⑥注塑机变频节能原有的控制方式及油路不变。 将注塑机改造升级为“节能型”注塑机，其投资应该在一年内可通过节约的电费或油费收回。总之，开发“节能型”注塑机理论可行，投资小、效益明显，节能型注塑机已成为注塑机制造业的新卖点。(来源：中国塑料商网)
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