摘　要: benwenshouxianjieshaolechuantongzhusujidequdongxitong

，tongguofenxigaixitongdehaonengqingkuangtichusanzhonggaijinfangan，xiangxifenxilegezhongfangandeyouquedian，binggeichulexiangyingdezhidaoyijian，zuizhongjieshaotaidaVJ注塑機專用伺服驅動器並給出對應的係統方案。

關鍵詞：注塑機  伺服驅動器  定量泵  變頻器  PQ驅動器

    根據塑料製品的市場分析

，目前中國塑料機械行業產值每年約120億元
，而國內市場需求近220億元，還有很大的需求缺口，注塑機的需求也逐步由南方向北方，東部向西部擴散，同時也帶動塑料工業等關聯產業的飛速發展。

    jinjiniansuliaoxingyefazhanyuelaiyuexunsu，qizhongzhusuxingyeyezhengyinglaiyigefeisufazhandejiyu。dantongshixingyeneidejingzhengyerijianjilie，gechangjiachulezhongshichanpinzhilianghepinpaiwai
，yeyuelaiyuezhongshishengchanchengbendekongzhi。congzhusujigongyiguochengkezhi，diannengxiaohaochengbenzaizhusuchengxingchanpinchengbenzhongzhanlehendadebili，yinernengfouyouxiaojianshaodiannengsunhao，shoudaolegezhusujichangjiaheyonghudeguanzhu。

    隨(sui)著(zhe)國(guo)家(jia)節(jie)能(neng)減(jian)排(pai)政(zheng)策(ce)的(de)深(shen)入(ru)，各(ge)企(qi)業(ye)都(dou)在(zai)考(kao)慮(lv)怎(zen)樣(yang)節(jie)能(neng)以(yi)響(xiang)應(ying)國(guo)家(jia)號(hao)召(zhao)和(he)減(jian)少(shao)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)，注(zhu)塑(su)機(ji)行(xing)業(ye)更(geng)是(shi)如(ru)此(ci)。實(shi)現(xian)效(xiao)果(guo)顯(xian)著(zhu)的(de)節(jie)能(neng)改(gai)造(zao)已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)注(zhu)塑(su)行(xing)業(ye)提(ti)升(sheng)的(de)首(shou)要(yao)課(ke)題(ti)。本(ben)文(wen)在(zai)介(jie)紹(shao)傳(chuan)統(tong)注(zhu)塑(su)機(ji)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)，結(jie)合(he)注(zhu)塑(su)機(ji)的(de)節(jie)能(neng)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)提(ti)出(chu)三(san)種(zhong)改(gai)進(jin)方(fang)案(an)並(bing)分(fen)析(xi)了(le)相(xiang)應(ying)優(you)缺(que)點(dian)，最(zui)終(zhong)基(ji)於(yu)台(tai)達(da)注(zhu)塑(su)機(ji)專(zhuan)用(yong)伺(si)服(fu)驅(qu)動(dong)器(qi)給(gei)出(chu)一(yi)套(tao)節(jie)能(neng)型(xing)方(fang)案(an)，值(zhi)得(de)業(ye)界(jie)參(can)考(kao)。

    普通注塑機通常采用液壓傳動，其結構包含注射裝置、開合模裝置
、液壓傳動裝置和電氣控製裝置
，後者的作用是保證注塑機預定工序的要求（壓力
、速度
、溫度、時間
、位置）和動作程序準確有效地工作。

    在傳統的注塑機中液壓傳動裝置主要由油泵
、液壓控製閥、壓力電磁比例閥、流量電磁比例閥、各種不同的動作油缸、油you泵beng電dian機ji及ji其qi它ta液ye壓ya附fu件jian和he管guan道dao組zu成cheng
，液ye壓ya傳chuan動dong係xi統tong中zhong的de動dong力li由you電dian機ji帶dai動dong油you泵beng提ti供gong。其qi中zhong，油you泵beng絕jue大da部bu分fen是shi定ding量liang油you泵beng

，電dian動dong機ji通tong常chang提ti供gong額e定ding功gong率lv和he轉zhuan速su

，油you泵beng將jiang電dian動dong機ji所suo輸shu入ru的de機ji械xie能neng轉zhuan變bian為wei壓ya力li能neng

，然ran後hou向xiang液ye壓ya係xi統tong的de液ye壓ya元yuan件jian輸shu送song具ju有you一yi定ding壓ya力li和he流liu量liang的de液ye壓ya油you，滿man足zu液ye壓ya執zhi行xing機ji構gou驅qu動dong負fu載zai所suo需xu能neng量liang的de要yao求qiu。

    注塑機成型工藝是一個按照預定的周期性動作過程

，即以合模---à射嘴前進---à射膠---à保壓---à溶膠、冷卻---à開模---à取出製品---à將被注塑件放入模具中---à合模等加工工序達到某件產品成型。

gegeguochengsuoxudesuduheyaliyinbutonggongyierbutong，jisuoxudeyeyayouliuliangbutong，yinerzhusujizhenggedongzuoguochengduiyoubengdianjilaishuoshigebianfuzaiguocheng。zaidingliangbengzhusujiyeyaxitongzhong，youbengdianjishizhongyihengdingzhuansutigonghengdingliuliangdeyeyayou，gegedongzuozhongxiangyingduoyudeyeyayouzetongguoyiliufahuiliu，congerzaochengdiannengdelangfei。

注塑機按裝模構造分為立式注塑機和臥式注塑機，如圖1所示：

經過測試一般單台傳統注塑機能耗和所站例分別是

         油壓係統的耗能：75-80%

         加熱單元的耗能：10-15%

         冷卻係統的耗能：5-10%

         控製組件的耗能：1- 5%

    其中最大能耗部分：以油壓係統用電量占注塑機的75%以上。同時鎖模,射出,保壓,冷卻,開模等過程需要不同的壓力和流量,對於油泵馬達都是處在於負載變動的狀態
；當係統需求超過設定的流量及壓力,會由溢流閥或比例閥來調整壓力流量,這個過程稱之為高壓節流,造成的能量損失高達40%-75%，

    傳統注塑機的驅動係統通常由PQ控製器+定量泵+感應馬達三部分組成，架構框圖如圖2所示：

    chuantongzhusujixitongjinrubaoyashidianjiyirangaosudaidongyoubengmanfuheyunxing，youyuxitongxianzaishibaoyazhuangtaisuoyibuxuyaowangxitongligongyou
，yincitongguoyoubengbengchudeyoutongguoanquanfayouhuidaoleyouxiang，zhejiuzaochenglediannengdelangfeibingqielangfeidediannenghaihuizhuanhuanchengrenengshiyouxiangdeyouwenshangshengcongerjianshaomifengquandeshoumingdengbuliangxianxiang。zongzhi
，caiyongchuantongzhusujiqudongfangshi，baoyajilengqueshijianyuechang，xitongyuehaoneng。

    上麵介紹的傳統注塑機驅動方式帶來加大的電能浪費，業界又推出了變量泵驅動的注塑機，該係統通常由PQ控製器+變量泵+感應馬達三部分組成
，如圖3所示：

    gaiyongbianliangbengdezuidayoudianshi，danxitongchuyubaoyashisuirandianjigaosuyunzhuandanbianliangbenghuigenjuxitongyalidedaxiaolaitiaozhengzijidepailiang
，jidangxitongyalidadaoshedingzhishibianliangbenghuiqiehuanchengxiaopailiangcongerjianshaobaoyashibengdeshuchuliuliangyijianshaodianjideshuchuniujudadaolejianshaodianjigonglvshuchuzuizhongshixianlejienengdexiaoguo。

    總之，該方案的優點：有一定的節能效果
，缺點：需要PQ控製器
，並且電機還是處於高速運轉狀態，所以節能並非最佳。

    采用上述方式驅動，由於電機還是處在高速運轉，所以這種方式的節能不是非常好，因此業界又研究用變頻器來驅動
，該係統通常由PQ控製器+變頻器+變頻馬達+定量泵四部分組成
，如圖4所示：

    改(gai)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)來(lai)驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)最(zui)大(da)的(de)優(you)點(dian)是(shi)當(dang)係(xi)統(tong)處(chu)於(yu)保(bao)壓(ya)時(shi)，注(zhu)塑(su)機(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)會(hui)給(gei)一(yi)個(ge)比(bi)例(li)流(liu)量(liang)信(xin)號(hao)給(gei)變(bian)頻(pin)器(qi)告(gao)訴(su)變(bian)頻(pin)器(qi)現(xian)在(zai)要(yao)執(zhi)行(xing)低(di)速(su)運(yun)轉(zhuan)
，這(zhe)時(shi)變(bian)頻(pin)器(qi)就(jiu)驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)以(yi)很(hen)低(di)的(de)轉(zhuan)速(su)運(yun)轉(zhuan)從(cong)而(er)實(shi)現(xian)了(le)節(jie)能(neng)的(de)效(xiao)果(guo)，但(dan)是(shi)由(you)於(yu)變(bian)頻(pin)器(qi)在(zai)啟(qi)動(dong)和(he)停(ting)止(zhi)時(shi)都(dou)有(you)加(jia)減(jian)速(su)時(shi)間(jian)所(suo)以(yi)注(zhu)塑(su)機(ji)的(de)運(yun)行(xing)周(zhou)期(qi)要(yao)比(bi)沒(mei)有(you)加(jia)變(bian)頻(pin)器(qi)要(yao)慢(man)
，因(yin)此(ci)對(dui)於(yu)保(bao)壓(ya)時(shi)間(jian)短(duan)和(he)工(gong)作(zuo)時(shi)間(jian)短(duan)的(de)產(chan)品(pin)不(bu)適(shi)合(he)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)，隻(zhi)有(you)保(bao)壓(ya)時(shi)間(jian)長(chang)噸(dun)位(wei)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)注(zhu)塑(su)機(ji)是(shi)可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)來(lai)驅(qu)動(dong)的(de)，並(bing)且(qie)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)進(jin)行(xing)節(jie)能(neng)改(gai)造(zao)最(zui)簡(jian)單(dan)，基(ji)本(ben)上(shang)不(bu)會(hui)更(geng)改(gai)注(zhu)塑(su)機(ji)本(ben)身(shen)的(de)機(ji)械(xie)結(jie)構(gou)，隻(zhi)是(shi)在(zai)電(dian)極(ji)的(de)三(san)相(xiang)進(jin)在(zai)線(xian)加(jia)個(ge)變(bian)頻(pin)器(qi)就(jiu)可(ke)以(yi)了(le)，目(mu)前(qian)台(tai)達(da)F-G注塑機專用變頻器在注塑機行業有成功的案例。

    總之：此方案的優點在於改造簡單有較好的節能效果；缺點則是在趕產能時，需切回市電，且依然需要PQ控製器。

    為了能使注塑機的驅動不僅不影響產能甚至可以提高產能，業界又開始用伺服驅動器和伺服電機來驅動，該係統通常由內建PQC伺服驅動器+伺服馬達+定量泵三部分組成


，如圖5所示：

    用伺服驅動器的最大優點，首先是節能因為當係統保壓時注塑機控製器會同時給壓力和流量信號給驅動器，驅動器會根據PID換huan算suan後hou將jiang低di速su驅qu動dong伺si服fu電dian機ji運yun轉zhuan實shi現xian節jie能neng，其qi次ci是shi產chan能neng得de到dao很hen的de提ti高gao因yin為wei伺si服fu驅qu動dong器qi驅qu動dong伺si服fu電dian機ji運yun轉zhuan相xiang應ying很hen快kuai
，而er且qie伺si服fu電dian機ji一yi般ban可ke以yi運yun轉zhuan到dao2000轉/分(fen)以(yi)上(shang)，所(suo)以(yi)注(zhu)塑(su)機(ji)在(zai)進(jin)行(xing)除(chu)保(bao)壓(ya)狀(zhuang)態(tai)外(wai)的(de)其(qi)它(ta)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)時(shi)基(ji)本(ben)上(shang)執(zhi)行(xing)的(de)是(shi)速(su)度(du)模(mo)式(shi)其(qi)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)很(hen)快(kuai)就(jiu)可(ke)實(shi)現(xian)了(le)注(zhu)塑(su)機(ji)運(yun)轉(zhuan)周(zhou)期(qi)加(jia)快(kuai)
，提(ti)高(gao)了(le)產(chan)能(neng)，再(zai)次(ci)是(shi)係(xi)統(tong)保(bao)壓(ya)時(shi)壓(ya)力(li)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)很(hen)好(hao)，因(yin)為(wei)該(gai)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)是(shi)個(ge)死(si)循(xun)環(huan)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，注(zhu)塑(su)機(ji)係(xi)統(tong)壓(ya)力(li)通(tong)過(guo)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)傳(chuan)遞(di)到(dao)驅(qu)動(dong)器(qi)上(shang)並(bing)通(tong)過(guo)驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)PID快速調節響應
，從而保證了係統壓力的穩定性。

    總之，此方案的優點：節能，快速
，節省空間不需外購PQ控製器
，油溫低，油箱小；缺點：舊機改造時更換的部件比較多。

    目前國內外有很多驅動器公司推出了注塑機專用的伺服驅動器，台達也推出了自己的VJ注塑機專用伺服驅動，係統圖如圖6所示：

此方案具有以下特點：

（1）           超省電節能：在一定的條件下比傳統定量泵油壓係統省電60%

（2）           係統油溫低：油溫可以比傳統的低5-10度

（3）           重複精度高：實現了精密的流量壓力控製

（4）           保壓時間長：對坐大尺寸塑料製品比較好

（5）           響應時間快：速度響應時間在40ms

（6）           耐惡劣環境：采用防油
，防抖動，防塵的旋變編碼器

    綜合來講，此方案可以較好地實行注塑機的節能改造
，提高係統運作效率，並且安全可靠，適合各種工業環境使用。

    隨著業界伺服驅動技術的成熟

，專用的伺服驅動器在注塑機改造中日漸得以廣泛應用。實踐證明

，基於台達VJ注塑機專用伺服驅動器給出的伺服驅動方案
，節能效果明顯，精度高，適應性強，值得推廣和應用。

[1] 張甲敏等，注塑機控製及動力部分的改造   合成樹脂與塑料工業【期刊】 2005

[2] 郭宗仁等. 可編程序控製器應用係統設計及通信網絡技術. 人民郵電出版社
，2002

[3] 台達伺服使用手冊       台達內部資料    2008