基于台达VFD-G变频器的注塑机专用驱动系统

摘  要：台达VFD-G注塑机专用变频器通过注塑机控制器提供工艺同步运行讯号，改变电机转速来改变油泵的输出流量，在满足注塑机在各个工作阶段所需速度的前提下，降低液压系统回流，使原有定量泵成为节电型变量泵，节能效率高达20～60％；并具有操作简便、控制速度准确稳定等特点。

关键词：台达  VFD-G  注塑机  节能 

1  引言

　　近年的中国注塑机行业在市场经济的驱动下取得了长足的发展。根据有关研究资料显示，到2010年，全球对塑料机械设备的需求额将以每年3.5%的速度递增，注塑机需求量约占38％。面对巨大的市场，注塑机设备的升级换代也越来越快。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，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。

　　液压传动是注塑机最常用的传动方式。液压传动注塑机是一种典型的周期性变化负荷设备，各个工艺阶段所需的工作压力和流量各不相同，液压系统的负荷变化很大，对于传统的电动定量泵液压系统，依靠流量阀和压力阀调节不同工序阶段的流量和压力。由于定量泵不可调节输出功率，因此多余的能量只能在挡板、油路泄漏、油的温升中消耗掉，因此在造成大量的能量浪费的同时，还加剧了各种阀门的磨损，造成油温过高，电机噪音过大，机械寿命缩短等现象。并且通常在设计中，定量油泵电机设计容量大马来小车的配置进一步造成电能浪费。因此改进注塑机液压系统驱动技术，对于减少能源浪费和降低注塑制品成本具有普遍意义。  

2 注塑工艺原理

　　注塑机液压传动装置主要由油泵、液压控制阀、压力电磁比例阀、流量电磁比例阀、各种不同的动作油缸、油泵电机及其它液压附件和管道组成。电动定量油泵机组将电动机所输入的机械能转变为压力能，然后向液压系统的液压元件输送具有一定压力和流量的液压油，满足液压执行机构驱动负载所需能量的要求。

　　注塑机主要用于热塑性塑胶的成型加工。注塑机成型流程是一个按照预定的周期性动作过程，一个完整的生产周期主要包括合模、锁模、射胶、保压、熔胶、冷却、开模、顶出制品几个阶段，以此次测试之时序，即以合模射座进射胶加料冷却射座退开模顶针等程式达到产品成型。如图一所示为注塑机成型流程的电流输出波形。注塑机通常采用液压传动，其结构包含注射装置、开合模装置、液压传动装置和电气控制装置。电气控制装置的作用是保证注塑机的压力、速度、温度、时间、位置和动作程式参数等工艺准确有效地工作，在每个工作阶段均能符合工艺要求。注塑机合模→射座进→射胶→加料→冷却→射座退→开模→顶出的工艺参数同步工艺要求案例如图1所示。

图1 注塑机工序图

3  注塑机专用变频器解决方案

3.1 台达VFD-G注塑机机专用变频器

　　台达VFD-G设计机专用变频器。台达VFD-G变频器属于客制化塑机专用变频器，专用于注塑机、挤塑机、吹膜机、吹瓶机、空压机油压机等变负荷大过载驱动。台达VFD-G系列注塑机专用变频器规格特性包括：独特的过载能力：150%60秒n ；两路0-1A电流信号输入端子；两路模拟量输出信号n ；可分段增益设定n； 内建PID反馈功能；两个模拟量信号可作加减乘 取最大值运算；注塑机专用功能n；节能运转，及用电量记录等。  

3.2 台达注塑机变频驱动原理设计

　　台达VFD-G变频器利用注塑机原有流量与压力控制信号，将注塑机原有定量泵改为节电型变量泵的电气控制装置。通过注塑机控制器提供工艺同步运行讯号，利用变频原理改变电机转速来改变油泵的输出流量，在满足注塑机在各个工作阶段所需速度的前提下，降低液压系统回流，使原有定量泵成为节电型变量泵，节能效率高达20～60％；并具有操作简便、控制速度准确稳定等特点；软性启动装置，减轻开锁模震动，避免设备冲击及磨损，延长设备使用寿命；以及能减轻电机噪音等效应，适用于各种功率，型号的注塑机种。根据注塑机的工作要求，利用注塑机上位机（例如电脑或PLC）的同步控制信号及电气控制，送出类比信号(0-10VDC的类比电压信号)，直接加在台达VFD-FG变频器变频器的输入端，从而改变变频器的输出频率，即改变油泵电机的转速，来改变油泵电机的输出流量，满足注塑机在各个工序中所需的油压大小和流量速度，将传统的定量泵转变为变数泵，注塑机变频控制系统方块图如图2所示。

图2 注塑机变频控制系统方块图

3.3 电气原理设计（图3）

                           图3 注塑机变频驱动电气原理

3.4变频器参数设计

    （1）VFD-G变频器参数设置如表1所示。

表1  VFD-G变频器参数设计

（2）VFD-G系列VFD300FA3A-G变频器参数设定范例（马达型号:东元,30HP/6P/380/50Hz/47.1A,EFF:92.0%,P.F.=78.5%,98rpm）如表2所示。

表2  VFD300FA3A-G参数设定

（3）定量泵——变量泵运行实验结果如表3所示。

表3  定量泵——变量泵运行实验结果

4  结束语

　　台达伺服型塑机专用变频器配合交流伺服电机，配备旋转编码器和压力传感器分别对流量和压力进行采集，通过改变伺服电机转速和转矩实现了流量和压力的闭环控制。经多家注塑机厂家试用，配备台达伺服型塑机专用控制器的注塑机表现出了优异的性能，除同比传统注塑机节能率可达20%-60%和精度大大得到提高外，其伺服电机能快速响应，压力从0至175KG仅需40ms，而且液压油油温低，免去冷却的需要，也降低了车间的温度。台达伺服型塑机专用控制器的成功推广，为注塑机厂商在以追求节能、精密、环保、高速的产品质量上得到了明显的经济技术效益。