一、概述
注塑機、擠出機是塑膠行業(yè)的主要生產(chǎn)設備，同時也是主要的耗電設備，被人們稱為“電老虎”，其用電量占企業(yè)生產(chǎn)用電的80%左右。注塑機耗電大，一方面造成全社會電能的巨大浪費，另一方面造成企業(yè)生產(chǎn)成本居高不下，產(chǎn)品缺乏競爭優(yōu)勢，嚴重影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。
注塑機的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個階段，各個階段需要不同的工作壓力和流量。對于油泵馬達而言，注塑過程是處于變化的負載狀態(tài)。在定量泵的液壓系統(tǒng)中，油泵馬達始終以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節(jié)流。據(jù)統(tǒng)計高壓節(jié)流造成的能量損失高達25-60%。同時，由于液壓長期的全速循環(huán)流動，與液壓件、機械件的劇烈磨擦，造成油溫過高、噪音過大、機械壽命縮短的現(xiàn)象。
在注塑機工序一個完整的過程中,各種型號的注塑機，它的工序過程是相同的，大致是五個工序過程（見圖1）。
從圖1可知注塑機不同的工序過程中壓力和時間是這樣分布的：
（1）送模具過程：壓力低，時間較短。
（2）合模具過程：左右兩個模具相接直至完全閉合,壓力略高，時間不長。
（3）保壓過程：送料至模腔，直到成型，固化。壓力較高，時間較長，約占一件產(chǎn)品制造時間的40—60％。
（4）脫模具過程：加工成型,開啟模具,脫模，取出加工件。壓力略高,時間不長。
（5）退模具過程：加工件取出，模具后退原位，進行輔助工作后，待再次加工。壓力低，時間較短。
對同一臺注塑機,加工不同的塑料件,其壓力（P）與時間(t)長短是各不相同的。由于加工件模具的復雜性,使用不同的塑料,一個加工件的總用料量,有否嵌件等有關(guān)。
二、PI9000改造方案過程簡述
在注塑機永磁同步改造中，控制方案采用流量和壓力雙信號比較取大的方式，采取該控制方案能保證用戶更換產(chǎn)品模具時，再調(diào)節(jié)變頻器參數(shù)。而且控制信號與注塑機信號在電氣上完全隔離，不會對注塑機控制器產(chǎn)生干擾，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
1、變頻器選型
本次改造的注塑機所用油泵電機為14KW的永磁無感同步伺服電機，因此變頻器選用PI9230E 015G3永磁同步無感矢量控制專用變頻器。為了滿足注塑工藝快速啟停的控制要求，必須選配合適的制動電阻。根據(jù)變頻器的制動電阻選型控制要求，配置40Ω/1500W制動電阻。
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機械設備 |
控制器 |
數(shù)量 |
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注塑機 |
PI9230E 015G3 |
1臺 |
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制動電阻 |
40Ω/1500W |
1個 |
表1 注塑機變頻改造設備清單
2、變頻器控制端子接線
根據(jù)注塑機工序控制要求，變頻器控制端子使用到模擬量控制端子AI1，AI2，GND。數(shù)字量控制端子DI1，DI2，COM。繼電器輸出1端子TA1和TC1。
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AI1-GND |
模擬量輸入端子1 |
默認壓力給定 |
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AI2-GND |
模擬量輸入端子2 |
默認流量給定 |
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DI1-COM |
數(shù)字輸入端子1 |
運行使能 |
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DI2-COM |
數(shù)字輸入端子2 |
故障復位 |
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TA1-TC1 |
繼電器輸出端子 |
故障輸出 |
三、調(diào)試過程及參數(shù)設置
確認變頻器的主回路與控制回路接線正確后，按照以下過程進行變頻器在注塑機上的應用調(diào)試：
1、開始電機自學習，具體步驟：
1、PP-01=01恢復出廠參數(shù)
2、P0-01=0 選擇無感矢量控制
3、根據(jù)電機銘牌正確設置電機參數(shù)
P1-00=2 電機類型為永磁同步電機
P1-01=14電機額定功率
P1-02=341 電機額定電壓
P1-03=28.2 電機額定電流
P1-04=113.33 電機額定頻率
2、參數(shù)設置完成后對電機進行自學習，P1-37=11
調(diào)諧選擇：11 帶載自學習（靜止自學習）
12 空載自學習（選擇自學習）
帶載自學習只能獲得同步電機電阻，同步電機D軸電感，同步電機Q軸電感（P1-16到P1-19）無法獲取電機反電動勢（P1-20），具體大小可以公式計算得出或者查找說明書。
公式：E=P/√3 *I
E為反電動勢， P為額定功率 I為電機額定電流
空載自學習可以獲取P1-16到P1-20還可以獲取P2-13到P2-16，有條件的現(xiàn)場應進行空載（即全面）自學習。
最終的電機參數(shù)設置如下：
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序號 |
功能標號 |
功能名稱 |
設置值 |
備注 |
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1 |
P0-02 |
端子控制 |
1 |
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2 |
P0-03 |
AI1 模擬量給定 |
2 |
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3 |
P0-04 |
AI2模擬量給定 |
3 |
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4 |
P0-07 |
主輔運算取最大值 |
21 |
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5 |
P4-13 |
AI1零漂電壓 |
0.03 |
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6 |
P4-18 |
AI2零漂電壓 |
0.17 |
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7 |
P4.00 |
運行使能 |
1 |
DI1端子功能 |
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8 |
P4.03 |
故障復位 |
9 |
DI2端子功能 |
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9 |
P0-17 |
加速時間 |
5s |
實際工藝要求進行調(diào)整 |
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10 |
P0-18 |
減速時間 |
0.1s |
實際工藝要求進行調(diào)整 |
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11 |
P2-00 |
速度環(huán)比例增益1 |
6 |
解決電機運行過程中出現(xiàn)的異響和抖動，修改P2電機組參數(shù)Kp比例增益（減小此值），和積分時間Ti（增大此值） |
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12 |
P2-01 |
速度環(huán)積分時間1 |
4 |
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13 |
P2-03 |
速度環(huán)比例增益2 |
8 |
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14 |
P2-04 |
速度環(huán)積分時間2 |
4 |
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15 |
P2-05 |
切換頻率 |
50 |
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16 |
P2-14 |
勵磁比例增益 |
4000 |
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17 |
P2-15 |
勵磁積分增益 |
1356 |
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18 |
P2-10 |
速度控制方式下的轉(zhuǎn)矩上限數(shù)字設定，電動 |
100 |
防止力矩過大，射出膠體把注塑機模堵塞。 |
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19 |
P2-12 |
速度控制方式下的上限轉(zhuǎn)矩數(shù)字設定，發(fā)電 |
100 |
四、注塑機改造后的效果
1、節(jié)電效果明顯
節(jié)電高達20～65%，設備運行6-10個月，可回收投資。
2、壓力穩(wěn)定、精密
調(diào)節(jié)能力強，壓力閉環(huán)控制模式使系統(tǒng)壓力非常穩(wěn)定，實現(xiàn)高精度的精密控制。可按照電腦設定的任意壓力、流量曲線運行。
3、低噪音、弱振動
由于伺服系統(tǒng)是在矢量控制啟動，伺服電機運行非常平穩(wěn)，運行期間只有很小的振動感，噪音極低，保證設備運行的可靠性。。
4、使用方便
提供壓力和流量的雙閉環(huán)控制，雙路模擬量輸出的電腦進行聯(lián)機，安裝調(diào)試極為方便。普通技術(shù)人員通過數(shù)字面板即可迅速調(diào)好參數(shù)，也可用數(shù)字接口批量寫入適配參數(shù)。
5、延長使用壽命
減輕電機軸承、油泵葉片等運動部件的磨損程度，延長其使用壽命。
6、多重保護
對電機具有過壓、欠壓、過載、過流、缺相等保護功能。
