台达油电伺服助力注塑机节能应用

【Abstract】This article is mainly about the application of Delta's servo in injection molding machine.

【关键词】伺服；注塑机；节能

【Keywords】servo;injection molding machine; energy-saving

众所周知，橡塑行业现场国家列为一个重点装备行业，而其中液压注塑机的伺服化又是其中的重中之重。虽然已经有了众多的品牌都相继推出了油电伺服塑机，但这不意味着油电伺服塑机技术已经达到了完善的地步。因为随着该项技术的日益成熟，围绕着油电伺服技术的外围技术革新会进一步挖掘油电伺服技术，使之走上更高一层。所以掌握最基本的调机技术是必须。

1  油电伺服塑机的基本动作原理

1.1  油电伺服塑机

油电系统，是一种液压系统和电气控制的结合体。其中液压系统是流体能量转换为机械能量的关键，它主要是由液压泵、油箱、各种换向阀（阀岛）、液压油缸、安全阀和将所有元件密闭连接的油管。图1为油电伺服塑机基本动作示意图。

 图1 油电伺服塑机基本动作示意图

　　液压系统的作用是使液压油按照上位机指定的路径，通过换向阀和油管达到要求的液压缸，在液压缸活塞遇到抵抗形成背压时能够迅速产生所需的压力，所以液压系统的密闭性（无外泄、无内泄）和内阻性（油路中无阻碍、各种阀的动作顺畅可靠、油品质量好）都非常好。当然这些我们只能通过液压的实际动作才能分析，不过我们可以首先通过外观、动作，油路手感等方式做初步的判断，如有怀疑必须要请塑机的生产维修人员协助。

　　电气控制系统包含了上位机（电脑板）、油电伺服驱动器、必要的检测反馈器（压力传感器）、油泵电机等，而其中油电伺服驱动器是做为控制液压系统的最重要的直接环节，通过它驱动油泵电机使液压泵可以为整个液压系统提供液压动力，使每个终端的液压缸做出快速、平稳、连续的动作，所以油电伺服驱动器与油泵电机的配合调整是整机良好性能的重要一环。

台达VFD-VJ是一款专业的伺服液压泵驱动器，功能专一，所以从硬件到韧体及参数都体现了一款专用液压伺服驱动器的特性，主要表现在一下6个方面：

（1）形成压力、流量全闭环控制模式

（2）内置PQ控制器

（3）为同步伺服电机和异步电机提供矢量控制模式

（4）二倍的过载能力，

（5）内置过压检测保护功能，为液压系统提供底层的保护

（6）驱动器强劲的冷却风扇，适用于高温环境

1.2 VFD-VJ的电控架构

    VFD-VJ的电控架构如图2所示。

  图2 VFD-VJ的电控架构

2.3 VFD-VJ的控制线路配线

   VFD-VJ的控制线路配线图如图3所示。

图3 VFD-VJ的控制线路配线图

如图所示，还需注意在安装过程中其压力及流量模拟信号线接入要求，具体有以下几点：首先，使用二芯屏蔽线；其次，线长最好不超1米；第三，行线避开交流动力线或减少平行行线；第四，屏蔽线根据实际情况做单端或双端接地；第五，如VJ及整个电气控制柜做了良好有效接地处理，可将ACM做接地处理；最后，可加装磁环加强抗干扰能力

2.4 VFD-VJ动力线路配线图

    VFD-VJ动力线路配线如图4所示。

图4 VFD-VJ动力线路配线

　　在实际应用情况下，VFD-VJ动力线路接线有以下要求：首先，动力线的平方数必须附合相应的允流标准；其次，接地线应为动力线平方数的1.5倍，至少不得动力线平方数；第三，进相接地与输出接地不得混接或不接；第四，进出相动力线最好安装磁环，减少电磁杂波。

2.5 电机温度保护线路

图5电机温度保护线路

　　 根据实际应用，我们推荐使用KTY84温度控制方式，因为反馈是线性信号，易于根据实际情况做出控制；另外，KTY84方式的分压电阻≥2KΩ。值得注意的是，在布线中还需要重复一遍在开始调机前的准备工作，例如，确认驱动器及电机的安装质量，动力（接地）线、控制线等线缆的产品质量及配装质量；液压系统的各接口的密闭性，安全阀打开，各换向阀动作正确；调机所需工具确认；USB转485通讯接口是IFD6500，如图6所示；另外，所用的监控软件应该是VFD Explorer，如图7。

图6 通讯接口为IFD6500的USB

图7 VFD Explorer监控软件

（1）波形窗口；（2）监控曲线（参数）选择；（3）KeyPad操作界面；

（4）I/O端子状态显示；（5）驱动器参数；（6）获取驱动器参数

2 具体调机步骤

2.1 基本参数输入阶段

图7 调机参数

2.2 电机自学习及试运行阶段

图8 电机自学习及试运行参数

2.3联机调试阶段

　　首先修改控制模式：00-09=1为压力全闭环控制模式。图9为相关参数设定。

图9 联机调试参数

　　这样基本控制参数设定完毕。接下来开始调试工艺控制参数，包括了压力过压检测准位、底压、泄压转速和压力控制的PID调整，其中最关键的是PID调整。

　　压力过压检测准位00-35：起到软安全阀的作用，等同于液压系统中安全阀，如用户无特殊要求，可默认出厂值。

底压00-27，作用有二个：其一，为保证油路处于充油状态，可使油缸迅速动作；另外，某些液压泵需要保持一个较低的启始转速，并易于其内部润滑。可根据用户实际需要设置该参数。另外也可通过设置该参数起到抑制“零漂”的作用。

　　泄压转速00-28：它的设定值决定了液压系统的泄压速度，但也受限于液压泵不能高速且长时反转，所以该值不易过大。

此外，VFD-VJ有两种PID控制方式：三段式（默认）和三组式；通过参数可做出选择。

表1 VFD-VJ的PID控制参数

因为三段式PID控制可以满足多数的塑机应用，所以本文仍以三段式PID应用为主。图10是该方式的控制图。

图10 三段式PID控制

这种方式是将压力控制分为三个不同的阶段，用PID1、PID2及PID3对各自的阶段进行处理，涉及到参数如表2。

表2 PID三段参数

其中重点调整的P2和I2，这两个参数关系到注塑机保压成型阶段的压力稳定特性，对产品质量有着重要的影响。P1、I1两个参数主要负责压力还未建立起来时，电机（油泵）大转速运转的响应，与P2、I2的配合可使压力建立的时间（从液压油被泵出到达到指定的保压压力的时间）达到150ms及以内。P3、I3是用来控制实际压力超过压力稳定区后的状态，因为VFD-VJ极好的控制特性，从未没有出现过这种失控的状态，所以这两个参数一般不需调整。我们来看一下PID控制下的几种常见的压力曲线。

图11 PID控制常见曲线

相较于理想中的适当形态，在实际中右侧的这种震荡形态更为常见。一般调试过程是先P（增益）后I（积分）无微分的顺序。重点对P2、I2进行调整。通过P2来抑制压力过冲的幅度，I2来控制震荡周期，得到一个最接近理想化的图形。下面是在宁波某客户调机时，PID调整前后的对比图，图11是未做PID参数调整时，压力曲线。P2、I2使用驱动器默认设定值；图12是修正PID后的压力曲线，达到实际加工时压力保持要求，震荡幅度不大于0.4KG，速度响应时间不大于40ms，压力建立时间小于160ms，在控制效果上明显好与竞品。

图11 PID调整前，压力曲线

图12 PID调整后，压力曲线

　　至此，一个完整VFD-VJ在注塑机上的调机过程结束。通过数十家塑机厂的长时间应用及反馈信息上看，调试过程在简易性、易控性和控制效果上明显好于其它品牌。

3 总结

　　通过实践证明，VFD-VJ油电伺服驱动器在注塑机上使用，可以帮助用户达到节能降耗的目的。根据不同的材质和注塑工艺要求，平均节能率在40%～75%之间，并且可以与目前市场上常见的国内外各种品牌的油泵和同步伺服电机进行匹配使用。

作者简介：

　　张文涛，生于1973年3月，毕业于哈尔滨工业大学，电气工程及其自动化专业。现任中达电通股份高级应用工程师，从事变频器产品的机床行业及塑机行业的企划，新产品测试，完善并协助营销推广。