英威腾电液伺服系统在塑机节能市场的应用

1.引言

对于塑料制品行业来说，电耗是其生产成本的主要部分，而注塑机是塑料制品厂的主要能耗设备之一，因此降低注塑机的能耗、提高生产效率成为注塑行业降低成本、提高产品竞争力的有效途径。

经过测试，一般单台传统定量泵注塑机能耗和所占比例分别是：

 油压系统的耗能：75-80%

 加热单元的耗能：10-15%

 冷却系统的耗能：5-10%

 控制组件的耗能：1-5%

其中最大能耗部分：油压系统用电量占注塑机的75%以上。

目前绝大多数的注塑机都属于液压传动注塑机，液压传动系统中的动力由电机带动油泵提供。在注塑周期的过程中，锁模,射出,保压,冷却,开模等过程需要不同的压力和流量,对于油泵马达都是处在于负载变动的状态。液压系统的负荷变化很大，传统注塑机采用定量泵，不能调节输出转速和功率，因此多余的能量只能在挡板、油路泄露、油的温升中消耗掉，当系统需求超过设定的流量及压力,会由溢流阀或比例阀来调整压力流量,这个过程称之为高压节流,造成的能量损失高达40%-75%。这样既加剧了各种阀门的磨损，又造成油温过高，电机噪音过大，以及机械寿命缩短等现象。并且通常在设计中，用户油泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，造成电能的大量浪费。

因此御能电液伺服系统在注塑机上的应用，主要针对的就是塑机油压系统，对于减少能源浪费提高生产效率具有重要意义。

2.设备系统介绍

2.1KINWAY注塑机液压系统产品构成

英威腾工业的液压伺服驱动系统主要由专用伺服驱动器、三相交流永磁同步电机、伺服液压油泵压力传感器等几部分组成。利用先进的DSP和永磁交流伺服电机实现电动液压控制系统的压力、流量自动调节等自动控制功能。

专用伺服驱动器：从成熟、稳定、可靠的混合动力汽车电机伺服控制器衍生而来，是专为注塑机液压伺服系统开发的专用驱动器。内含位置环、速度环和电流环，借助高性能的数字信号处理器（DSP）和低成本单片机（ARM）实现了高性能矢量控制、无位置传感器力矩控制、精确位置和速度控制、非线性弱磁高速控制、位置校正空间矢量低速控制。通过严格的电磁兼容、高低温、潮湿、震动试验，适应各种恶劣环境，已通过CE认证。

三相交流永磁同步电机：转子磁钢由高温强磁钕铁錋材料构成，采用表贴式固定方式，调速范围更宽，高速运行更加可靠。由于采用细长型结构，电机转子的转动惯量小，动态响应更快，同时电机的运行噪声更低。

伺服液压泵：选用住友伺服液压内啮合齿轮泵。

速度（流量）反馈器件：采用结构牢固，耐高温、抗震动、抗干扰的能力很强的机械型旋转变压器作为位置反馈部件，英威腾开发了与旋转变压器相配合的专用信号处理芯片，速度反馈精度达到每转4096个脉冲，足以满足注塑机的控制精度需要。

压力反馈器件：采用进口的瑞士Trafag压力传感器

2.2御能注塑机电液伺服系统组成示意图

如图所示，英威腾注塑机电液伺服系统主要由伺服驱动控制器、电机转子位置/速度传感器、永磁同步电机、与伺服电机同轴连接的油泵，以及检测系统油压的压力传感器等关键部件组成。

3.负载运动特点

上图中，前半张图为定量泵，变量泵，伺服三种系统在整个塑机工况中的功率消耗情况，后半张图深蓝色显示区域为定量泵系统与伺服电液系统在同等工况下的能耗差。其中两块较大面积的区域为是整个工况中的保压和冷却部分，可以看出实际节电效果取决于保压和冷却时间占整个周期的比例。

节电率不仅和机器有关，更重要的取决于成型工艺。轻率的承偌50%以上节电率是不负责任的做法。已有案例的节电率从20%-70%不等，在非快速成型工艺下一般节能率在40%以上。

4.控制要求

将模拟量信号直接加在伺服驱动器的系统压力给定信号和系统流量给定信号的输入端；将油泵出口的压力传感器接入伺服的压力反馈信号端口。伺服系统通过接入的压力和流量信号进行PI调节，改变伺服电机的输出转矩和转速，从而改变油泵电机的输出流量Q和压力P，并通过电机上的旋转编码器和油路中的压力传感器，反馈实际情况形成高精度的双闭环控制，以满足注塑机在各个工序中所需的油压大小和流量速度，这样就能避免能量浪费。

5.电气连接

5.1完成主电路端子接线

1)  将输入动力电缆分别接到驱动器电源输入端子L1、L2、L3上，将输入动力电缆的接地导体与驱动器的任一颗接地螺丝(PE)连接，并将螺丝旋至适当松紧度以保证连接通畅。

2)  将电机三相输入端子的W V U分别与驱动器伺服电机连接端子W V U连接，并将螺丝旋至适当松紧度以保证连接通畅。将电机地线端子与驱动器的任一颗接地螺丝(PE)连接。将电机测温电阻端子与驱动器端子T1、T2连接，并将螺丝旋至适当松紧度以保证连接通畅。将电机旋转变压器连接端子与驱动器连接器CN2连接，并旋紧固定螺丝。

3)  将制动电阻两个接线端子与驱动器端子U+，PB连接，并将螺丝旋至适当松紧度以保证连接通畅。

5.2参看控制器盖板后的连线图，完成控制部分的连线

5.3 完成电机及油泵在注塑机上的安装，确认油路的连接和电机接线正确。

6.保护功能

报警保护代码速查表

7.调试要点

HMI连接：MH500系列伺服电液系统支持HMI上电时的热插拔。调试时将HMI的DSUB9端子插入驱动器前盖板内的CN4端子内即可实现HMI与驱动器的连接。如下图所示.

调试流程图：

依步序经行设置后就能使系统运行。

8.注意事项

为了保证完好的性能和长期工作寿命，请将MH500伺服驱动器安装在以下建议环境中，确保驱动器免遭损坏。

9.产品特点介绍

英威腾kinway品牌的注塑机液压伺服系统的优势
9.1 产品性能优势

1)  御能伺服驱动器为塑机专用伺服驱动器，过载系数达2.5~3倍；比起市场上用变频器改造而来的所谓的伺服（矢量变频器）1.5倍的过载系数，御能产品有着专业伺服得天独厚的优势；

2)  节省能耗：与传统定量泵相比伺服系统节能50%-70%，个案高达80%；与变量泵相比伺服电机节能最低承诺25%；

3)  增加单位时间的产品合格数量5%以上；

4)  流量响应时间50MS，压力响应时间100MS

5)  制品重量重复误差<0.3%< span=&"&">

6)  螺杆射胶终止位置误差<0.1mm< span=&"&">

7)  节省了传统技术高压节流浪费的能量；

8)  节省了液压冷却系统的消耗

9.2 按汽车产品的管控流程控制产品质量

1)  全面的高低温工况的试验

2)  严格的震动环境试验