液壓注塑機伺服節能系統解決方案

一、概述

      時至今日，塑料注射成型機已有60多年的成長史，伴隨著汽車、生活電器、建筑、醫藥等行業對塑膠制品工藝的更高要求，注塑行業需要最創新的技術和前瞻，也需要最可靠的品質和經驗，它正朝著節能、精準、高效、穩定的方向發展。如何有效地節能降耗也就成為迫切需要解決的問題。

  　 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，而油泵馬達以恒定的轉速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱高壓節流。高壓節流效率一般為40%~65%，能量損失多達45%~75%。針對高壓節流耗能，油溫過高，噪音過大，機械壽命縮短等現象，原有注塑機閥控電液系統有較大能量損失的不足，德國、日本等國發展了應用變量泵和電液比例閥結合的負載感應型注塑機電液控制系統。為進一步降低能耗，減少噪音，最新一代注塑機是用轉速可調的電動機驅動液壓泵為動力源，在保壓、冷卻及空轉工況保持很低轉速，以達到節能、降噪的目的。

二、注塑機原有技術浪費了哪些能量

   1、高壓節流損耗高

     注塑機的工藝一般分為鎖模、射膠、溶膠、保壓、冷卻、開模等幾個階段，各個階段需要不同的壓力和流量。傳統油泵馬達按照最高壓力和最大流量需求確定功率。以恒定的轉速提供恒定的流量，實際工作中大多時間設備對流量的需求小于額定流量，對壓力的需求小于最大壓力。傳統機構讓多余的液壓油不經過液壓缸，而是通過溢流閥回流。此過程成為高壓節流，使得一部分液壓油進行空循環。據統計由高壓節流造成的能量損失高達45%-75%。

   2、油泵馬達效率低

     傳統油泵為普通三相異步電動機，其效率、功率因數都比現在的永磁同步伺服電機低很多，尤其是在滿載時，二者的差異更為明顯。一般統計表明，在注塑機的平均工況下，新的電機（含驅動器）總效率比異步電機高10%左右。

   3、冷卻系統消耗大

由于高壓節流的存在，使得傳統注塑機的油溫迅速升高，導致油體變稀，管路軟化，容易漏油等一系列問題，必須采取水冷系統進行冷卻。在新技術中，完全取消了對液壓油的水冷部分，這部分功耗被100%的節省下來。

4、配電系統浪費多

對于普通異步電機，其啟動、過載動作對于電網的沖擊很大，一般需要5-7倍的電流才能輸出2倍的額定轉矩，而伺服電機即使在額定轉速下輸出2倍的額定轉矩也只需要2倍供電電流。在低速時過載，對電網沒有過流需求。采用伺服節能技術，同樣的設備數量，供電系統容量需求可降低20%-30%，無功補償需求也大為降低。

5、工作循環周期長

傳統技術的運動控制均通過閥門動作實現，響應速度慢，采用伺服技術后，動作周期循環一般可縮短10%-20%，因而生產效率也得以提高，單件產品的能耗進一步降低。

三、伺服系統構成

伺服系統的由伺服驅動器、伺服電機、油泵、編碼器、壓力傳感器等組成：

改造方法：

  將原注塑機上的進、出油管拆下，轉裝到伺服控制系統上的油泵上，能后將原電機上的電源線改直接串聯到伺服驅動器上，同時取注塑機上的壓力、流量信號。

針對注塑機特殊要求的解決方案

?由于給定信號具有非線性特征，設計了給定校正算法，配合系統的優異低速控制特性，有效解決了注塑機的低速爬行問題。

?由于系統在流量控制與壓力控制模態之間頻繁轉換，采用模糊控制原理以實現流量和壓力控制模態間的平滑轉換。

?采用滑模變結構等非線性控制方法，使系統響應快速并且超調小。

?采用帶壓力補償的流量控制，以消除壓力對流量估算精度的影響。

?采用噪聲消除控制方法減小油泵輸出壓力的波動。

?全程監控電機和驅動器的溫度變化，實時調整控制參數。

?針對大型合流機，配合油路實現最小反轉量的泄壓控制，以延長油泵和電機的壽命。

?在上位機動作信號的配合下，系統可實現P、Q解耦控制和分段PID調節，以達到更高的性能。