伺服驅動器在電液伺服注塑機上的應用

一、注塑機原理與工藝介紹

注塑機是一種專用的塑料成型機械。它利用塑料的熱塑性，經適當加熱熔化后，加高壓快速流入模,經一定時間保壓、冷卻，成為各種型材和塑料制品。

注塑機的一個工作循環包括如下運作：

(1)鎖合模：模板快速接近定模板，且確認無異物存在時，系統轉為高壓，將模板鎖合;

(2)注射臺前移：噴嘴與模具緊貼;

(3)注射：注射螺桿以一定的壓力和速度將料筒前端的熔料注入模腔;

(4)保壓、冷卻：通過此動作，使模腔內的塑料制品冷卻成形;

(5)預塑：傳統上應用液壓馬達驅動螺桿并后退，料斗中加入的塑料粒子被前推進行預塑。螺桿后退到預定位置，停止轉動，準備下一次注射;

(6)注射臺后退，開模;

(7)頂出制品。

液壓系統通過油泵和不同閥門的配合產生壓力和流量，提供油缸和液壓馬達所要求的推動力和移動速度。

二、注塑機常見方案對比

1、傳統注塑機系統方案：

傳統定量泵注塑機是采用定量泵供油的，注塑過程的各個動作對速度、壓力的要求不一樣，它是通過注塑機的比例閥采用溢流調節的方式將多余的油旁路流回油箱，在整個過程中，馬達的轉速是不變的，故供油量也是固定的，而由于執行動作是間隙性的，也并不可能是滿負載的，因此定量供油浪費了很大的能量。

變量泵注塑機在馬達轉速不變的情況下，根據壓力、流量的變化改變液壓泵排量，同時電機負載也會隨著排量而改變。如果忽略機械能到液壓能轉換過程中的能量損失，則可近似認為油泵的輸出功率與電機的輸出轉矩與電機轉速成正比。所以變量泵比定量泵方案要節省能量。

2、變頻改造方案：

此方案將控制比例流量閥的電流/壓力信號同時輸入給變頻器的模擬量輸入端，通過控制油泵電機的轉速，油泵的實際流量正比于電機的轉速，油泵的功率因此也正比于電機的轉速，起到了節能的目的。其系統方案圖所圖1所示。根據塑料制品和工藝要求的不同，其節能效果從35%至70%的范圍內不等。

圖1 注塑機變頻改造方案系統圖

3、伺服改造方案：

伺服改造方案原理與方案2相同，不同之處在于油泵的驅動不一樣。方案2由普通異步電機與變頻器驅動，而伺服方案中油泵的驅動由永磁同步伺服電機和伺服驅動器組成。

系統方案如圖2所示：

圖2注塑機伺服油泵方案

伺服驅動方案與普通變頻異步電機驅動方案相比，具有節能率高、效率高、成品率高等優點。伺服驅動電機液壓能耗要比傳統注塑機節能40~90%，比變頻器改造注塑機節能20~50%。

圖3三種油泵方案節能對比圖

三、四方伺服注塑機方案介紹

四方注塑機同步伺服油泵系統方案，以CA500系列重載型伺服驅動器為伺服電機控制平臺，搭配電液注塑伺服專用適配卡和旋變適配卡，與同步電機組成伺服閉環控制系統。

圖4 伺服系統電氣配線圖

四方伺服注塑機方案特點：

1、基于大裕量硬件平臺設計，可120%重載長期運行，過載能力強;

2、油壓和流量信號可以選擇CAN通信給定和模擬量給定兩種方式;

3、CA500全系列全系列內置制動單元，用戶可按需配置制動電阻實現快速制動效果;

4、電液注塑伺服擴展卡搭配標準機型使用，方便安裝、更換和版本升級;

5、優異的伺服電機控制算法，可以驅動行業通用的同步電機;

6、優異的伺服電機控制算法，發揮伺服電機快速響應特性;

7、八段專用PID模塊，高精度高響應油壓控制，壓力波動低于±0.5bar;

四、小結

本文介紹了一種基于四方CA500系列重載型伺服驅動器的注塑機伺服驅動系統，該方案具有高效的節電功能，其節電率能達40~90%，且系統響應快，運行穩定可靠，保護功能強大，操作簡單方便。既能夠滿足注塑成型工藝要求，提高產品質量和產量，又減少了設備維護費用，為用戶創造了良好的經濟效益。目前已成功應用于多個注塑機伺服應用系統。

審核編輯：湯梓紅