1 前言

對(duì)于塑料制品行業(yè)來(lái)說(shuō)，電耗是其生產(chǎn)成本的主要部分，而注塑機(jī)是塑料制品廠的主要能耗設(shè)備之一，因此降低注塑機(jī)的能耗、提高生產(chǎn)效率成為注塑行業(yè)降低成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。經(jīng)過(guò)測(cè)試，一般單臺(tái)傳統(tǒng)定量泵注塑機(jī)能耗和所占比例分別是：油壓系統(tǒng)的耗能：75-80% ；加熱單元的耗能：10-15% ；冷卻系統(tǒng)的耗能：5-10% ；控制組件的耗能：1-5% ；其中最大能耗部分：油壓系統(tǒng)用電量占注塑機(jī)的75%以上。

目前絕大多數(shù)的注塑機(jī)都屬于液壓傳動(dòng)注塑機(jī)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的動(dòng)力由電機(jī)帶動(dòng)油泵提供。在注塑周期的過(guò)程中，鎖模，射出，保壓，冷卻，開(kāi)模等過(guò)程需要不同的壓力和流量，對(duì)于油泵馬達(dá)都是處在于負(fù)載變動(dòng)的狀態(tài)。液壓系統(tǒng)的負(fù)荷變化很大，傳統(tǒng)注塑機(jī)采用定量泵，不能調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速和功率，因此多余的能量只能在擋板、油路泄露、油的溫升中消耗掉，當(dāng)系統(tǒng)需求超過(guò)設(shè)定的流量及壓力，會(huì)由溢流閥或比例閥來(lái)調(diào)整壓力流量，這個(gè)過(guò)程稱之為高壓節(jié)流,造成的能量損失高達(dá)40%—75%。這樣既加劇了各種閥門的磨損，又造成油溫過(guò)高，電機(jī)噪音過(guò)大，以及機(jī)械壽命縮短等現(xiàn)象。并且通常在設(shè)計(jì)中，用戶油泵電機(jī)設(shè)計(jì)的容量比實(shí)際需要高出很多，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，造成電能的大量浪費(fèi)。

因此御能電液伺服系統(tǒng)在注塑機(jī)上的應(yīng)用，主要針對(duì)的就是塑機(jī)油壓系統(tǒng)，對(duì)于減少能源浪費(fèi)提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

2 設(shè)備系統(tǒng)介紹

2.1 御能注塑機(jī)液壓系統(tǒng)產(chǎn)品構(gòu)成

御能動(dòng)力的液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由專用伺服驅(qū)動(dòng)器、三相交流永磁同步電機(jī)、伺服液壓油泵壓力傳感器等幾部分組成。利用先進(jìn)的DSP和永磁交流伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)液壓控制系統(tǒng)的壓力、流量自動(dòng)調(diào)節(jié)等自動(dòng)控制功能。

專用伺服驅(qū)動(dòng)器：從成熟、穩(wěn)定、可靠的混合動(dòng)力汽車電機(jī)伺服控制器衍生而來(lái)，是專為注塑機(jī)液壓伺服系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的專用驅(qū)動(dòng)器。內(nèi)含位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)，借助高性能的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和低成本單片機(jī)（ARM）實(shí)現(xiàn)了高性能矢量控制、無(wú)位置傳感器力矩控制、精確位置和速度控制、非線性弱磁高速控制、位置校正空間矢量低速控制。通過(guò)嚴(yán)格的電磁兼容、高低溫、潮濕、震動(dòng)試驗(yàn)，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，已通過(guò)CE認(rèn)證。

三相交流永磁同步電機(jī)：轉(zhuǎn)子磁鋼由高溫強(qiáng)磁釹鐵錋材料構(gòu)成，采用表貼式固定方式，調(diào)速范圍更寬，高速運(yùn)行更加可靠。由于采用細(xì)長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快，同時(shí)電機(jī)的運(yùn)行噪聲更低。

伺服液壓泵：選用住友伺服液壓內(nèi)嚙合齒輪泵。速度（流量）反饋器件：采用結(jié)構(gòu)牢固，耐高溫、抗震動(dòng)、抗干擾的能力很強(qiáng)的機(jī)械型旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置反饋部件，御能開(kāi)發(fā)了與旋轉(zhuǎn)變壓器相配合的專用信號(hào)處理芯片，速度反饋精度達(dá)到每轉(zhuǎn)4096個(gè)脈沖，足以滿足注塑機(jī)的控制精度需要。壓力反饋器件：采用進(jìn)口的瑞士Trafag壓力傳感器 。

2.2 御能注塑機(jī)電液伺服系統(tǒng)組成示意圖

如圖所示，御能注塑機(jī)電液伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動(dòng)控制器、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置/速度傳感器、永磁同步電機(jī)、與伺服電機(jī)同軸連接的油泵，以及檢測(cè)系統(tǒng)油壓的壓力傳感器等關(guān)鍵部件組成。

3 負(fù)載運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)

實(shí)際節(jié)電效果取決于保壓和冷卻時(shí)間占整個(gè)周期的比例。節(jié)電率不僅和機(jī)器有關(guān)，更重要的取決于成型工藝。輕率的承偌50%以上節(jié)電率是不負(fù)責(zé)任的做法。已有案例的節(jié)電率從20%—70%不等，在非快速成型工藝下一般節(jié)能率在40%以上。

4 控制要求

將模擬量信號(hào)直接加在伺服驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)壓力給定信號(hào)和系統(tǒng)流量給定信號(hào)的輸入端；將油泵出口的壓力傳感器接入伺服的壓力反饋信號(hào)端口。伺服系統(tǒng)通過(guò)接入的壓力和流量信號(hào)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，改變伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，從而改變油泵電機(jī)的輸出流量Q和壓力P，并通過(guò)電機(jī)上的旋轉(zhuǎn)編碼器和油路中的壓力傳感器，反饋實(shí)際情況形成高精度的雙閉環(huán)控制，以滿足注塑機(jī)在各個(gè)工序中所需的油壓大小和流量速度，這樣就能避免能量浪費(fèi)。

5 電氣連接

5.1 完成主電路端子接線

（1）將輸入動(dòng)力電纜分別接到驅(qū)動(dòng)器電源輸入端子L1、L2、L3上，將輸入動(dòng)力電纜的接地導(dǎo)體與驅(qū)動(dòng)器的任一顆接地螺絲（PE）連接，并將螺絲旋至適當(dāng)松緊度以保證連接通暢。

（2）將電機(jī)三相輸入端子的W V U分別與驅(qū)動(dòng)器伺服電機(jī)連接端子W V U連接，并將螺絲旋至適當(dāng)松緊度以保證連接通暢。將電機(jī)地線端子與驅(qū)動(dòng)器的任一顆接地螺絲（PE）連接。將電機(jī)測(cè)溫電阻端子與驅(qū)動(dòng)器端子T1、T2連接，并將螺絲旋至適當(dāng)松緊度以保證連接通暢。將電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器連接端子與驅(qū)動(dòng)器連接器CN2連接，并旋緊固定螺絲。

（3）將制動(dòng)電阻兩個(gè)接線端子與驅(qū)動(dòng)器端子U ，PB連接，并將螺絲旋至適當(dāng)松緊度以保證連接通暢。

5.2 參看控制器蓋板后的連線圖，完成控制部分的連線

5.3 完成電機(jī)及油泵在注塑機(jī)上的安裝，確認(rèn)油路的連接和電機(jī)接線正確

6 保護(hù)功能

報(bào)警保護(hù)代碼速查表

調(diào)試流程圖

7 調(diào)試要點(diǎn)

HMI連接：MH500系列伺服電液系統(tǒng)支持HMI上電時(shí)的熱插拔。調(diào)試時(shí)將HMI的DSUB9端子插入驅(qū)動(dòng)器前蓋板內(nèi)的CN4端子內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)HMI與驅(qū)動(dòng)器的連接。依步序經(jīng)行設(shè)置后就能使系統(tǒng)運(yùn)行。如下圖所示。

8 注意事項(xiàng)

為了保證完好的性能和長(zhǎng)期工作壽命，請(qǐng)將MH500伺服驅(qū)動(dòng)器安裝在以下建議環(huán)境中，確保驅(qū)動(dòng)器免遭損壞。

注意1：應(yīng)避免陽(yáng)光直射，不要直接戶外使用。

2：不可在腐蝕性氣體及液體環(huán)境中使用。

3：不可在油霧，濺水環(huán)境中使用。

4：不可在鹽霧環(huán)境中使用。

5：不可在淋雨、潮濕環(huán)境中使用。

6：空氣中飄有金屬粉末或絲紡纖維飄絮時(shí)須加過(guò)濾裝置。

7：不可在機(jī)械沖擊、振動(dòng)場(chǎng)合下使用。

8：當(dāng)環(huán)境溫度高于55℃時(shí)，必須采取降溫措施方可使用。

9：過(guò)冷和過(guò)熱會(huì)使設(shè)備故障。建議在—

20℃～+55℃范圍使用。

10：遠(yuǎn)離電源噪聲，例如電焊機(jī)、大功率用電設(shè)備會(huì)影響本設(shè)備的使用。

11：放射性材料會(huì)影響設(shè)備的使用。

12：易燃物品、稀釋劑、溶劑應(yīng)遠(yuǎn)離本設(shè)備。

9 產(chǎn)品特點(diǎn)介紹（所使用到的御能產(chǎn)品）

9.1 產(chǎn)品性能優(yōu)勢(shì)

（1）御能伺服驅(qū)動(dòng)器為塑機(jī)專用伺服驅(qū)動(dòng)器，過(guò)載系數(shù)達(dá)2.5~3倍；比起市場(chǎng)上用變頻器改造而來(lái)的所謂的伺服（矢量變頻器）1.5倍的過(guò)載系數(shù)，御能產(chǎn)品有著專業(yè)伺服得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)；

（2）節(jié)省能耗：與傳統(tǒng)定量泵相比伺服系統(tǒng)節(jié)能50%-70%，個(gè)案高達(dá)80%；與變量泵相比伺服電機(jī)節(jié)能最低承諾25%；

（3）增加單位時(shí)間的產(chǎn)品合格數(shù)量5%以上；

（4）流量響應(yīng)時(shí)間50MS，壓力響應(yīng)時(shí)間100MS；

（5）制品重量重復(fù)誤差<0.3%；

（6）螺桿射膠終止位置誤差<0.1mm；

（7）節(jié)省了傳統(tǒng)技術(shù)高壓節(jié)流浪費(fèi)的能量；

（8）節(jié)省了液壓冷卻系統(tǒng)的消耗

9.2 按汽車產(chǎn)品的管控流程控制產(chǎn)品質(zhì)量

（1）全面的高低溫工況的試驗(yàn)

（2）嚴(yán)格的震動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)

（3）ISO90001/TS16949的供應(yīng)鏈管理流程，和生產(chǎn)過(guò)程控制

（4）對(duì)電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行嚴(yán)格的出廠老化測(cè)試，消除電子元器件的早期失效

（5）御能伺服產(chǎn)品通過(guò)滿足歐洲電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)CE認(rèn)證

（6）驅(qū)動(dòng)器兩年的質(zhì)量保證期，讓客戶無(wú)憂收回投資成本（節(jié)能/高效）

9.3 永磁磁阻同步電機(jī)的應(yīng)用

（1）在整個(gè)速度區(qū)有很高的效率：流量控制和保壓控制時(shí)更節(jié)能

（2）電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩相結(jié)合產(chǎn)生更大的扭矩：速度相應(yīng)更快，更節(jié)能

（3）方便實(shí)現(xiàn)弱磁控制增加轉(zhuǎn)速范圍：可以和多種泵配合，可以滿足大流量的需求

（4）系統(tǒng)運(yùn)行更平穩(wěn)：整個(gè)系統(tǒng)噪音更低

9.4 先進(jìn)的電機(jī)控制算法和注塑應(yīng)用控制策略

（1）現(xiàn)代電機(jī)正弦矢量控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的完美力矩控制：

（2）電機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)；響應(yīng)速度更快；噪音更低；

（3）整個(gè)系統(tǒng)的效率更高（系統(tǒng)效率大于90%）；

（4）自適應(yīng)/非線性控制，滿足不同注塑機(jī)型的流量和壓力需求，減少流量和壓力的超調(diào)，同時(shí)消除射膠“跳動(dòng)”；

（5）解耦PQ控制，增加注塑機(jī)的響應(yīng)速度，平滑流量和壓力控制的相互轉(zhuǎn)換（需要上位機(jī)配合）；

（6）根據(jù)注塑成型工藝的需求，實(shí)現(xiàn)勻速/變速射膠控制，并平滑從流量控制過(guò)渡到保壓控制。

9.5 帶壓力補(bǔ)償?shù)牧髁靠刂?/h3>

（1）流量、壓力雙閉環(huán)控制，保證了注塑過(guò)程對(duì)壓力和流量的要求；

（2）可以補(bǔ)償高壓力時(shí)泵泄露產(chǎn)生的流量誤差，流量控制更精確；

（3）配不同的泵實(shí)現(xiàn)不同的壓力補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)精確的流量控制。

9.6 成熟的舊機(jī)改造方案（單泵/多泵）

（1）從2008年即開(kāi)始進(jìn)入舊機(jī)改造行業(yè)，對(duì)海天等品牌的注塑機(jī)改造有非常成熟的方案；

（2）電機(jī)與油泵的連接采用高精度聯(lián)軸器連接型式，一來(lái)便于維護(hù)，二來(lái)伺服電機(jī)和油泵在運(yùn)行中頻繁啟停，二者的嵌入式連接會(huì)增加連接軸卡死的風(fēng)險(xiǎn)，采用聯(lián)軸器可以規(guī)避該風(fēng)險(xiǎn)；

（3）御能與海天伺服電機(jī)和油泵的供應(yīng)商（安信）是戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，海天電機(jī)有部分為御能做貼牌代工，這有利于在市場(chǎng)上做海天傳統(tǒng)注塑機(jī)的批量性伺服改造；

（4）全程監(jiān)控電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的溫度變化，實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)。

（5）針對(duì)大型合流機(jī)，配合油路實(shí)現(xiàn)最小反轉(zhuǎn)量的泄壓控制，以延長(zhǎng)油泵和電機(jī)的壽命。

（6）對(duì)多家知名廠商（終端用戶）進(jìn)行了300T～3300T中大型注塑機(jī)的改造施工，獲得一致好評(píng)。

10 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)塑料制品的市場(chǎng)分析，目前中國(guó)塑料機(jī)械行業(yè)產(chǎn)值每年約200億元，而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求近220億元，注塑機(jī)的需求也逐步由南方向北方，東部向西部擴(kuò)散，也帶動(dòng)塑料工業(yè)等關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。但同時(shí)行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)也日漸激烈，隨著國(guó)家節(jié)能減排政策的深入，各廠家除了重視產(chǎn)品質(zhì)量和品牌外，都在考慮怎樣節(jié)能以響應(yīng)國(guó)家號(hào)召和減少生產(chǎn)成本。從注塑機(jī)工藝過(guò)程可知，電能消耗成本在注塑成型產(chǎn)品成本中占了很大的比例，因而能否有效減少電能損耗，受到了各注塑機(jī)廠家和用戶的關(guān)注。實(shí)現(xiàn)效果顯著的節(jié)能改造已經(jīng)成為注塑行業(yè)提升的首要課題。而御能電液伺服系統(tǒng)在塑機(jī)行業(yè)的應(yīng)用從根本上滿足了這些需求，領(lǐng)先的技術(shù)及在塑機(jī)市場(chǎng)日益成熟的應(yīng)用已得到了諸多制造商和用戶的肯定，未來(lái)電液伺服的使用勢(shì)必成為塑機(jī)市場(chǎng)的主流。