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(shí)也是主要的耗電設備，被人們稱(chēng)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(huì )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(guò)程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開(kāi)模等幾個(gè)階段，各個(gè)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(guò)程是處于變化的負載狀態(tài)。在定量泵的液壓系統中，油泵馬達始終以恒定的轉速提供恒定的流量，多余的液壓油通過(guò)溢流閥回流，此過(guò)程稱(chēng)為高壓節流。據統計高壓節流造成的能量損失高達25-60%。同時(shí)，由于液壓長(cháng)期的全速循環(huán)流動(dòng)，與液壓件、機械件的劇烈磨擦，造成油溫過(guò)高、噪音過(guò)大、機械壽命縮短的現象。
在注塑機工序一個(gè)完整的過(guò)程中,各種型號的注塑機，它的工序過(guò)程是相同的，大致是五個(gè)工序過(guò)程（見(jiàn)圖1）。
從圖1可知注塑機不同的工序過(guò)程中壓力和時(shí)間是這樣分布的：
（1）送模具過(guò)程：壓力低，時(shí)間較短。
（2）合模具過(guò)程：左右兩個(gè)模具相接直至完全閉合,壓力略高，時(shí)間不長(cháng)。
（3）保壓過(guò)程：送料至模腔，直到成型，固化。壓力較高，時(shí)間較長(cháng)，約占一件產(chǎn)品制造時(shí)間的40—60％。
（4）脫模具過(guò)程：加工成型,開(kāi)啟模具,脫模，取出加工件。壓力略高,時(shí)間不長(cháng)。
（5）退模具過(guò)程：加工件取出，模具后退原位，進(jìn)行輔助工作后，待再次加工。壓力低，時(shí)間較短。
對同一臺注塑機,加工不同的塑料件,其壓力（P）與時(shí)間(t)長(cháng)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(gè)加工件的總用料量,有否嵌件等有關(guān)。
二、PI9000改造方案過(guò)程簡(jiǎn)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(hù)更換產(chǎn)品模具時(shí)，再調節變頻器參數。而且控制信號與注塑機信號在電氣上完全隔離，不會(huì )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(wú)感同步伺服電機，因此變頻器選用PI9230E 015G3永磁同步無(wú)感矢量控制專(zhuān)用變頻器。為了滿(mǎn)足注塑工藝快速啟停的控制要求，必須選配合適的制動(dòng)電阻。根據變頻器的制動(dòng)電阻選型控制要求，配置40Ω/1500W制動(dòng)電阻。
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機械設備 |
控制器 |
數量 |
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注塑機 |
PI9230E 015G3 |
1臺 |
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制動(dòng)電阻 |
40Ω/1500W |
1個(gè) |
表1 注塑機變頻改造設備清單
2、變頻器控制端子接線(xiàn)
根據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 |
數字輸入端子1 |
運行使能 |
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DI2-COM |
數字輸入端子2 |
故障復位 |
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TA1-TC1 |
繼電器輸出端子 |
故障輸出 |
三、調試過(guò)程及參數設置
確認變頻器的主回路與控制回路接線(xiàn)正確后，按照以下過(guò)程進(jìn)行變頻器在注塑機上的應用調試：
1、開(kāi)始電機自學(xué)習，具體步驟：
1、PP-01=01恢復出廠(chǎng)參數
2、P0-01=0 選擇無(wú)感矢量控制
3、根據電機銘牌正確設置電機參數
P1-00=2 電機類(lèi)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、參數設置完成后對電機進(jìn)行自學(xué)習，P1-37=11
調諧選擇：11 帶載自學(xué)習（靜止自學(xué)習）
12 空載自學(xué)習（選擇自學(xué)習）
帶載自學(xué)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(wú)法獲取電機反電動(dòng)勢（P1-20），具體大小可以公式計算得出或者查找說(shuō)明書(shū)。
公式：E=P/√3 *I
E為反電動(dòng)勢， P為額定功率 I為電機額定電流
空載自學(xué)習可以獲取P1-16到P1-20還可以獲取P2-13到P2-16，有條件的現場(chǎng)應進(jìn)行空載（即全面）自學(xué)習。
最終的電機參數設置如下：
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序號 |
功能標號 |
功能名稱(chēng) |
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(shí)間 |
5s |
實(shí)際工藝要求進(jìn)行調整 |
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10 |
P0-18 |
減速時(shí)間 |
0.1s |
實(shí)際工藝要求進(jìn)行調整 |
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11 |
P2-00 |
速度環(huán)比例增益1 |
6 |
解決電機運行過(guò)程中出現的異響和抖動(dòng)，修改P2電機組參數Kp比例增益（減小此值），和積分時(shí)間Ti（增大此值） |
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12 |
P2-01 |
速度環(huán)積分時(shí)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(shí)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矩上限數字設定，電動(dòng) |
100 |
防止力矩過(guò)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矩數字設定，發(fā)電 |
100 |
四、注塑機改造后的效果
1、節電效果明顯
節電高達20～65%，設備運行6-10個(gè)月，可回收投資。
2、壓力穩定、精密
調節能力強，壓力閉環(huán)控制模式使系統壓力非常穩定，實(shí)現高精度的精密控制?？砂凑针娔X設定的任意壓力、流量曲線(xiàn)運行。
3、低噪音、弱振動(dòng)
由于伺服系統是在矢量控制啟動(dòng)，伺服電機運行非常平穩，運行期間只有很小的振動(dòng)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(jìn)行聯(lián)機，安裝調試極為方便。普通技術(shù)人員通過(guò)數字面板即可迅速調好參數，也可用數字接口批量寫(xiě)入適配參數。
5、延長(cháng)使用壽命
減輕電機軸承、油泵葉片等運動(dòng)部件的磨損程度，延長(cháng)其使用壽命。
6、多重保護
對電機具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、過(guò)流、缺相等保護功能。
