注塑机变频节能技术探讨

（广东省核工业地质局二九三大队，广东 广州 510800）

注塑机的工作过程是一个循环连续的系统，完整的注塑机的工作过程主要由合模、填充、保压、冷却、脱模等程序组成。在这个系统的工作中，每一个流程都有不同的时间和压力，其中合模所需要的压力稍高，但是持续的时间却不需要很长；注射这个过程中所需要的压力比较高，但是持续的时间极短；保压这个过程中需要的压力也要高，持续时间也不是很长；而冷却和塑化的过程中需要的压力低，持续的时间也比较长，差不多要占到整个注塑周期的四成到六成左右；脱模过程中所需要的压力要稍稍高一点，需要的时间不是很长。注塑机的电耗主要归纳为几点：注塑机加热器的电能消耗、冷却系统中水泵的电能消耗、液压系统油泵的电能消耗；其中液压油泵用电量大约占了整个注塑机用电量的八成以上，所以降低液压油泵耗电量才是注塑机液压系统节能改造的关键之处。

1 注塑机液压系统节能改造的可行性分析

注塑成型的过程是一个连续生产的过程，主要是由塑料熔融、模具闭合、注射入模、压力保持、制品固化、开模取出制品等工序所组成。电气系统和液压系统是为了保证让注射成型机按工艺设定和动作程序准确无误地完成指令而设置的控制动力系统。其中，液压部分主要由动力油泵、管路、比例压力阀、方向阀、比例流量阀、油箱等构成。注塑机工艺流程中除了在注射过程中需要的压力比较高，其他阶段相对而言所需的负荷较轻，特别是冷却过程，在这过程冷却系统中的油泵大多处于待命状态，且维持的时间还较长。传统的注塑机油泵都是采用定量泵供油方式，而整个流程中的各个动作对速度和压力的要求也各不相同，定量泵供油是通过比例阀溢流调节法将多余的油旁路流回油箱，定量泵供油的整个过程中，泵机的转速不变，所以供油量也是固定的，但是执行动作不是连续的，所以机器不可能满载工作，压力油就很多都被溢流回油箱。节流功率损耗相当大，效率只能达到60%-70%，造成能量大量流失的同时，液压油长期的全速循环流动，与液压件、机械件不停的摩擦，消耗大量电能并产生热能，带来油温不断升高和噪声污染。此外，为了能尽快降低油温，通常还需要增加额外的冷却水循环系统，进一步造成能源的浪费。因此，对注塑机液压系统的节能改造是企业节约能源、降低生产成本的关键。

2 注塑机变频节能的基本原理

通过使用变频器来控制油泵电机，这样传统注塑机能源流失的问题就可以从根本上得到有效解决。当整个注塑流程系统流量需求发生改变时，油泵电机的转速也随之变化，就能使定量油泵的供油量发生改变，做到按需供给，能使变频器能用电功率因数提高到95%以上，极大改善电网品质，有效节约注塑机系统大量的电能，减少了无功损耗。注塑机节能控制系统对注塑机本身的流量信号、工作压力、工作状态等进行自动跟踪，根据获得的实时信息控制变频器的运行以精确调节油泵的转速，做到实际供油量与工作需求流量保持大体一致，既能满足生产需要，又能节省成本，使产品更具有市场竞争力。

3 注塑机节能变频器的控制原理

根据注塑机注塑成型的工艺要求，通过利用电气控制系统以及同步信号，将电液比例控制系统模拟成负载跟踪控制系统，将油泵电机的实际转速保持和注塑机工作所需液压的流量保持一定比例，这就形成了把以前的定量泵实际改造成符合节能标准的变频变量泵，能够将溢流阀的回油流量达到最小的程度，从而可以使高压节流能量损失消失。无形中就将传统的高能耗型注塑机改造成了新型节能注塑机。新型节能注塑机除了可以节约能耗外，还有众多优点，如在不改变注塑机原有的控制方式和油路的情况下，可降低开模冲击和锁模冲击，使机械和模具以及油路系统的使用寿命得到延长；故障维修率得到有效控制，节省了维护成本；噪音变小，工作环境极大改善；大幅降低系统油温，节约了冷却用水流量。

注塑机液压油所需信号主要源于变频器，这部分信号是经连接比例阀的电信号数模转换成标准信号后直接输入至注塑机变频器，采用变频器的输出频率来控制油泵电机的转速，既能调节注塑机电压，还起到了节电的作用。注塑机液压系统有电机加减速时间长、频响要求高、大负荷超载、低速转矩大等特点，可采用可编程逻辑控制器根据变频器信号鉴别注塑机的工艺流程，提前对变频器发出加速和减速的指令。变频器工作过程中，可能产生谐波污染，其治理工作可采取以下几点：减少变频器的载波频率；避免变频器的控制信号线与输入输出电缆一起捆扎或者平行走；在变频器的输入与输出端加装变频器专用滤波器、变频器专用电抗器等，减小高次谐波电流对系统产生的影响；变频器的外壳部分必须可靠接地。

4 变频器节能改造工作中可能出现的问题及解决办法

4.1 注塑机比例压力阀的控制信号在不同工艺阶段也各不相同，电机相对于特定的压力都可计算出最低转速限制，并将这些绘制成转速曲线预存在单片机控制单元内。变频控制装置通过压力阀的电流控制信号计算出当前压力，与预先存储在单片机内的电机最低可靠稳定运行转速曲线对照，以避免控制装置出现泵输出压力产生低频过载或者脉动的现象。

4.2 因为电机加速慢，影响到了阀控系统动态响应时间，所以必须设法提前加速电机。尽管注塑机工艺相对复杂，不同工艺阶段的时间在每个工作循环中都是预先设定好的。变频控制装置可根据工艺动作方向阀信号进行采样排序并计算出工艺调整时间间隔，提前加速电机通过比例阀进行调速，保证原有阀控系统的调速精度和动态响应性。

4.3 注塑机在转换工艺的时候，会出现短暂的流量为零现象，可能会降低注塑机的响应性，期间为了提高注塑机的响应性，应禁止在零频率下运行变频控制装置，尽量运行在最低频率，这个最低频率可通过实验操作计算出，并提前设定给变频器。

结语

虽然我国注塑机技术近些年来得到空前发展，但仍然落后于世界先进水平，其原因主要有：(1)注塑机技术中自动化技术程度相对较低；(2)注塑机技术光机电一体化人才储备，技术程度也不高；(3)世界范围内先进的传感器技术在我国注塑机发展中应用程度低，导致先进的高档装备在我国生产受到制约；(4)信息技术在我国注塑机发展中应用还不够全面，缺少大规模集成能力。但是随着我国自动化技术、信息技术、光电一体化技术、传感器技术等不断发展，我国己具备自行研发能力，在未来的发展中更应该加快步伐，这样我国的高档注塑机生产制造水平相信在不远的将来定能够跻身世界前列。

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