变频注塑机方案解决方案.doc

变频注塑机方案（速度+压力闭环） 更新时间：2008-07-17 10:07:08??浏览次数： 84 ? 说明：该方案直接面向注塑机生产厂家，目的是将矢量变频技术应用于注塑机电机驱动上，通过速度闭环及压力闭环功能完成对注塑机的精确控制。油路上取消了传统的流量、压力比例阀，在节约成本的同时可从源头上消除油路中的节流及溢流能量损失，使注塑机获得最佳的节能效果。 以下内容将针对传统定量泵注塑机、变频注塑机及变量泵注塑机的特点做全面分析。 ?? －、流量及压力控制方式分析 在塑机的液压系统中，液流的流量、压力和方向是最基本的控制量，其中流量和压力直接决定了系统的输出功率和成型工艺。 按照对工作流量和压力的不同要求，可将塑机的运行状态分为流量控制状态和压力控制状态。流量控制状态以稳定控制工作回路中的流量并使之达到塑机的设定值为目的，而工作回路中的压力将小于塑机设定压力，塑机的快速锁模、射胶、溶胶等阶段都属于该状态。压力控制状态以稳定控制工作回路中的压力为目的。在该状态下，工作压力接近或等于塑机设定压力，而实际工作流量很小，如塑机的高压锁模及保压阶段等，系统过载、油缸推力不足时也属于该状态。 ? 1．? 传统定量泵注塑机 如图一，该系统采用定量泵供油，油泵转速n及油泵排量Vb都不可调，其油路中的各流量及压力分别为： 油泵流量Qb＝Vb×n为定值； 油泵压力Pb由比例溢流阀设定； 工作流量Q1由比例调速阀设定； 工作压力P1＝F/A1取决于工作负载F； ? ? A1：油缸无杆腔活塞面积??? F：工作负载??? Q1：工作流量??? P1：工作压力 △p：比例调速阀两端的压力差??? Qy：比例溢流阀流量??? Pb：油泵压力?? Qb：油泵流量??? Vb：油泵排量??? n：电动机转速 ? l???????? 流量控制状态 系统在流量控制状态时，因油泵流量Qb＝Vb×n为定值，除一部分流量Q1经比例调速阀进入工作回路外，其余流量Qy都经比例溢流阀排回油箱。 l???????? 压力控制状态 系统处于压力控制状态时，因工作流量Q1极小，油泵流量Qb＝Vb×n的绝大部分都要经比例溢流阀流回油箱，以此维持油泵压力Pb达到设定值，能量浪费巨大。 可以看到，传统的定量泵油路系统必会存在节流及溢流能量损失，用公式表示为： △P×Q1＋Pb×Qy??? （参见图二） 上述能量损失的原因究其本质有两个，即流量不适应——过多的流量流入了油路系统；压力不适应——供油压力大于工作压力，以补偿比例调速阀的节流压降。 ? 1．? 变频注塑机 如图三，该系统采用矢量变频器驱动电机及定量泵，取消了传统油路中的比例调速阀及比例溢流阀。油路中的调速功能由矢量变频器直接控制电机及油泵转速来完成，而压力控制由压力传感器和变频器的构成闭环PID功能来完成。因此，变频器的频率给定信号以塑机流量及压力信号为准。另外，根据产品工艺及成本控制的需要，电机可选用加装速度编码器的普通电机或变频专用电机。 ? 图三? 油路系统原理图 A1：油缸无杆腔活塞面积 Pb：油泵压力 n：电动机转速 F：工作负载 Qb：油泵流量 ? ? 流量控制状态 当油泵流量Qb接近或达到塑机的设定值时，油路系统进入流量控制状态，变频器的输出频率与塑机的流量设定值成正比。在此过程中，油泵流量Qb＝Vb×n始终与工作回路的需要相适应，无需比例阀调速，也没有多余流量溢出，可从根本上消除节流及溢流能量损失。 需指出的是，在传统定量泵油路中（参见图一），系统处于流量控制状态时，油泵压力Pb必定大于工作压力P1，它们之间需要产生足够压力差△P来驱动比例调速阀工作，这是调速阀的工作特性。而变频注塑机是通过调节油泵转速直接控制油泵流量，而油泵压力Pb取决于工作负载，即Pb＝ F/A1。由此，负载需要多少流量、压力，油泵就相应输出多少，实现了负载自适应控制，无能量损失。 l???????? 压力控制状态 如下图四，变频器控制系统配备一块智能转换卡，可根据注塑机压力反馈值的大小，自动转换塑机的流量控制及压力控制状态。当油泵压力Pb接近或达到塑机设定值时，油路油路进入压力控制状态，这时仍用流量设定值来控制变频器频率显然是不合适的。 变频器将通过压力传感器实时监控到这一压力变化，并与塑机的压力设定值做比较。当它们差值很小时，变频器的智能转换卡会及时将变频器切换到压力控制状态。此时，变频器的输出频率将与该压力差值成正比。因差值很小，变频器的输出频率及电机转速将迅速降低，油泵仅维持很小的流量输出，以弥补油路中的各种泄漏损失，并通过PID功能保持系统压力恒定。 ? 图四? 变频器智能转换卡原理图 ? 1．? 变量泵注塑机 目前，变量泵注塑机多采用比例变量泵作驱动元件，属于典型的容积式调速系统，相比传动定量泵注塑机有较明显的节能效果。如