吉泰科异步伺服节能改造方案

吉泰科ES100异步伺服节能改造方案

—— KT-200 (台湾精机)

目录

1 引言 (2)

2 注塑机能耗分析 (2)

2.1 注塑机存在严重的浪费现象 (2)

2.2 注塑机油泵马达的耗电比例 (3)

2.3 传统注塑机节能改造的缺陷 (3)

2.3.1 国内普通节能改造的方法 (3)

2.3.2 普通变频节能改造存在的缺点 (3)

3 注塑机节能改造原理 (3)

3.1 注塑机工作原理 (3)

3.2 节电与市电功率损耗对比分析 (4)

4 改造方案具体介绍 (5)

4.1 系统节能方式 (5)

4.2 系统改造原理图 (6)

4.3 系统接线描述 (6)

4.4 使用ES100异步伺服的经济计算 (7)

4.4.1 注塑机节能改造前 (7)

4.4.2 注塑机节能改造后 (7)

5 吉泰科异步伺服驱动器特性 (7)

5.1 矢量控制下的加减速特性 (8)

5.2 矢量控制下极高的稳态速度精度 (8)

5.3 矢量控制下低频力矩稳定运行 (8)

5.4 矢量控制优异性能 (8)

6 注塑机节能改造后的优点 (8)

1 引言

随着注塑机设备的广泛应用，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成为注塑行业降低成本、提高产品竞争力的有效途径。而电能的节约在各项节能措施中是效益产出率最大的。若用变频节能调速装置来调节马达（油泵）的转速，实时满足压力和流量的需求，这样既经济又实用，因此采用伺服节能调速装置对注塑机进行节能改造已成为注塑行业降低能耗成本、改善环境、提高产品竞争力的最有效的途径。

2 注塑机能耗分析

2.1 注塑机存在严重的浪费现象

有99%注塑机采用液压传动和电液比例控制技术，安装定量泵的液压系统过程一般分为锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模﹑顶针﹑待机（半自动）等几个阶段，各阶段需要的压力和流量就不同，对于油泵马达而言，注塑过程是处于变化的负载状态。在定量泵的液压系统中，其转速提供恒定的流量，多余的液压油通过溢流阀回流，此过程称为高压节流。据统计电能量损失高达20%-50%。如下图一所示：

图1 注塑机能耗分部

2.2 注塑机油泵马达的耗电比例

根据注塑机设备工艺的需求，注塑机油泵马达耗电比例占整个设备耗电量的三分之二以上。所以注塑机改造极具节能潜力。

2.3 传统注塑机节能改造的缺陷

2.3.1 国内普通节能改造的方法

目前国内普通变频器在注塑机行业的改造方法有如下几种：

1、采用多段速控制注塑机的锁模、射胶、熔胶、开模、顶针；（根本没有反馈信号给定，不能随流量与压力的变化而变）；

2、引入一路比例流量或者一路压力信号给变频器做反馈信号输入（满足了注塑机速度要求，又满足不了注塑机的压力要求）；

3、把注塑机的比例流量和压力两路信号都取到变频器做反馈信号输入（无法满足高压锁模与射胶动作的要求）。

这三种方案其实都不完善，还有存在很多缺陷，具体如下2.3.2章节所示：

2.3.2 普通变频节能改造存在的缺点

1、动态响应不足，注塑机的工作周期延长过多，节电率与周期综合起来算，还是没有节能作用；

2、产品质量不够稳定，造成产品有毛边、缺陷、废料增加。

3、注塑机工作过程不够流畅，响应速度比较慢，有延缓现象。

4、对注塑机电脑、电加热电路存在电磁干扰现象。

5、变频器技术稳定性差，对有些型号注塑机改造后的节电率甚小。

6、节电潜力挖掘不够，还存在多余的电能消耗。

3 注塑机节能改造原理

3.1 注塑机工作原理

塑料注射成型是利用三种状态（固态-液态-固态），借助于注塑机和模具成型出所

需要的塑料制品。尽管所有的注塑机不尽相同，但注塑机的工作流程基本是相同。如图二所示，大致可分为七道工序：锁模、射胶、保压、溶塑、冷却、开模、顶针（顶针进、顶针退）等，依次每一道工序都需要用不同的工作压力和流量，除了高压锁模、射胶及溶塑动作需要较大压力外，其它工序都工作在很小压力下，其压力和流量是靠压力比例阀和流量比例阀来调节，通过调节压力比例阀和流量比例阀的开启度来控制压力和流量大小。

图2 注塑机工作流程

3.2 节电与市电功率损耗对比分析

图3 注塑机节电与市电功率对比

如图三所示，注塑机节电与市电功率损耗对比分析，注塑机主要从配置马达和油泵调整流量。工作过程中，恒定的液压能通过电磁阀的控制进行合理组合、分配给各个动作所需要的流量、压力，达到射出成型的目的。但是，马达始终以工频运转，油泵始终以恒定的泵油量工作。注塑机负载是一个大辐度的变化负载，各个动作所需的流量、压力差别很大，不仅马达的使用效率很低，而且浪费了很多的电能。

4 改造方案具体介绍

4.1 系统节能方式

针对注塑机的工作状态与工艺设计，采用普通变频器是难以达到最理想的稳定性与节能效果。采用吉泰科ES100注塑机异步伺服能实现最经济最稳定的控制目的。

吉泰科ES100注塑机异步伺服，采用复合替加信号输入控制，取注塑机的比例压力信号和比例流量信号作为驱动器的主反馈输入信号；由于采集比例流量和比例压力信号还不能完全满足注塑机工艺要求,所以另外增加复合控制信号作为驱动器的辅助输入信号，伺服行业内称为“主+辅”控制,也俗称为“复合控制”，可以在不影响产品工艺、产品质量、产品产量的前提下，还能达到优异的节能效果。

吉泰科注塑机异步伺服工作原理：

从注塑机的比例流量阀和比例压力阀上取两路0~1A的电流信号给驱动器，根据反馈信号的大小来控制注塑机马达，自动调节油泵的转速，调节油泵供油量，使油泵实际供油量与注塑机实际负载流量在任何工作阶段均能保持一致；当注塑机出现某一个动作的工作压力和流量不足时，可以再启用几路复合信号给驱动器控制，使马达在整个变化的负荷范围内的能耗达到所需的最小程度。彻底消除了溢流现象，降低了液压油的温度，也降低了车间的噪音，并确保马达平稳、精确地运行。

4.2 系统改造原理图

图4 注塑机改造图

4.3 系统接线描述

参考异步伺服驱动器说明书接线：

●PLC：如果注塑机控制器上24V电源公共端为正，那么+24V就接入PLC端（PLC与+24V

的短接块要去掉）下面假定注塑机控制器电源公共端为正；

●X1：取自注塑机控制器上开关电源的负端（V-），作驱动器的运行信号；

●X2：取自注塑机控制器上的开模信号，给驱动器作复合控制；

●X3：取自注塑机控制器上的锁模信号，给驱动器作复合控制；

●X4：取自注塑机控制器上的射胶信号，给驱动器作复合控制；

●X5：取自注塑机控制器上的溶胶信号，给驱动器作复合控制；

●X6：取自注塑机控制器上的顶钟信号，给驱动器作复合控制；

●EAI1+、EAI1-：取自注塑机控制器上的流量信号（P+、P-），此流量信号由于是（0～

1A）的电流信号给驱动器做反馈输入；

●EAI2+、EAI2-:取自注塑机的控制器上的压力信号(Q+、Q-)，此流量信号由于是（0～

1A）的电流信号给驱动器做反馈输入。

4.4 使用ES100异步伺服的经济计算

例如:一台LG注塑机功率为45KW的为例。

改造的投资为： 45KW X RMB850/KW = RMB38.250元/台。一般情况下,可在6~12个月通过电费的节省回收全部成本.

节能仅针对油泵马达省电，以LG注塑机马达功率45KW的为例，根据我们的改造经验，核算相关成本如下：

4.4.1 注塑机节能改造前

LG注塑机的耗电量与马达性能、模具、原料等各种工况密切相关。依我们改造的经验，负载率在70%左右，即市电运行实耗功率按油泵马达功率的75%。故改造前该机油泵马达每小时的耗电量为：

45KW X 75% ＝ 33.75（度/小时）

电费计价￥0.85元/度，使用时间按每月30天,每天20小时，则每月LG注塑机油泵马达部分的电费约为：

33.75度/小时X30天X20小时X ￥0.85元/度＝￥17.212.5元/月

4.4.2 注塑机节能改造后

改造后LG注塑机的节电率按平均30%核算，则每月回收效益为:

￥17，212.5 X 30% = ￥5.163.75元/月

年回收效益为:￥5163.75元/月 X 12月 = ￥61.965元

备注:以上仅数据为举例说明，具体数据现场试机实测数据为准。

一般情况下，所有投资可于6-12个月内通过电费节省回收。（备注:回收期与注塑机的开机率相关）

5 吉泰科异步伺服驱动器特性

简要说明吉泰科ES100注塑机异步伺服驱动器的性能与特点，并例举了注塑机在驱动器V/F控制与电流矢量控制下的参数对比。充分说明了高性能伺服驱动器在注塑机行业的应用优势。

5.1 矢量控制下的加减速特性

●V/F控制的加减速特性：

注塑机在V/F控制下加速时间一般在1秒以上，减速时间也不能低于1.5秒；也容易报过流，过压故障，严重影响注塑机生产。

●矢量控制的加减特性：

注塑机在电流矢量控制下有超强的急加急减速调节能力，驱动器的加速时间可以控制在0.1秒；减速时间可以控制在0.5秒以下。

备注：驱动器的加减速特性，将决定注塑产品的质量和效率；表明系统带载能力极强。

5.2 矢量控制下极高的稳态速度精度

●矢量控制下稳速精度可以达到0.2%以下，快速精确的响应实际压力变化；

●V/F控制下稳态速度精度一般都大于0.5%，影响注塑机的稳定性，生产的次品率也

比较高。

5.3 矢量控制下低频力矩稳定运行

●精确的速度辨识和转子磁链定向，在0.25Hz负载突变时转矩也能快速地响应和稳定

运行。

●启动转矩：开环矢量控制时0.25Hz;180％额定转矩；V/F控制时 1Hz;150％额定转

矩

5.4 矢量控制优异性能

●真正实现了交流马达解藕，使运行控制直流化，能实现在无速度传感器控制下的速

度控制。

●无速度传感器矢量控制下马达四象限运行，转矩，电流，转速和直流母线电压快速

响应，马达稳定运行的过程。

6 注塑机节能改造后的优点

●将定量泵模拟为节能型变量泵，节电率高达20%-50%，提高企业市场竞争力；

●车间的工作环境噪声明显减小（8~10分贝），系统的油温大幅隐低；

●平滑软起动，保护马达，延长机械和模具的使用寿命；

●减轻开锁模冲击，延长机械和模具的使用寿命；

●延长油路系统使用寿命，减少维修次数，节省大量维护费用；

●对马达具有多重保护功能；

●节能与工频轻松切换，保证节能系统的故障时不影响生产；

●系统安装简便快捷,不用对原注塑机的电路进行改造。

方案制订：刘佳畅

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