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全面解析注塑机伺服体系及市场趋势

发表时间:2018-03-10 14:34

全面解析注塑机伺服体系及市场趋势
    在当时对环保诉求日益高涨的环境需求及方针鼓舞下,各种节能设备、设备或技能等在近几十年一向备受注重,如注塑机领域的伺服技能。台湾区域前三大塑料注塑机器设备企业富足鑫集团注塑事业部早在2008年前就开端酝酿节能体系在注塑机的运用,于2008年2月开端第一批伺服节能环保型注塑机量产,这批机器完结了高节能、高精度、高应对、低噪音、低油温等优异特性,在抱负状况下,与变量泵机种比较,节能达40%,与传统定量泵机种比较,节能达70-80%,随后接连将伺服节能体系拓宽至其它不同机种,包含快速机、电木机以及大型两板机等,关于客户端每年电费节约至少50-60%以上。
 
伺服节能技能概述
 
前期注塑机以全液压式为主,关于节能及环保的奉献明显较弱,全电注塑机是节能与环保奉献上最具代表性的设备技能,两者首要差异上在于伺服马达的运用,而油电混合注塑机兼具液压与伺服之长处。此外,油压机在长时刻保持高压、高出力时仍有全电机无法彻底替代的优势,因而具节能环保的全液压体系也是现阶段最具潜能的设备技能。
 
传统定量泵与伺服体系之差异
 
注塑机从标准动作上可分解成锁模、射胶/保压、加料、冷却、开模、顶出等几个阶段,各个阶段皆需求供给不同且恰当的压力和流量,对油泵马达而言,注塑机成型过程是归于变化的负载状况。在定量泵的液压体系中,马达以安稳转速继续供给安稳流量,虽然经过份额式压力流量份额阀(EFBG)可到达各阶段所需压力及流量份额配置的成果,但操控所需之外的液压油仍须排回油箱。对注塑机而言,输出功耗构成的电力耗费是继续性的,也就是说若注塑机处待机状况,定量泵仍不断供给安稳的流量并直接排回油箱,构成相当大且不必要的电力耗费。

定量泵液压体系(图1)与伺服操控之液压体系(图2)对比
伺服体系的操控技能可改进上述定量泵液压体系的缺点。伺服马达经过编码器传输信号回馈至驱动器进行精准的回转操控,使受控液压油之流量需求经油泵直接输出,也就是说输出流量的大小是经过精准转速的增减操控来取得。液压油压力操控方面则经过油泵上串联的压力传感器,将压力信号成果传递回馈至驱动器端进行接连的闭回路操控,以到达压力精准操控的意图,如此一来,伺服操控体系就可精准的供给注塑成型各阶段所需求的压力与流量,比较定量泵体系,可大幅下降输出的电力耗费。
 

传统定量泵与伺服节能电力耗费比较示意图
注塑成型节能原理
 
从注塑成型各阶段电力耗费状况来看,加料及冷却两阶段归于长时刻动作,其电力最值得节约,尤其是冷却,伺服体系对注塑机而言彻底不需做功,换言之,产品成型周期中冷却时刻越长,节能效益就越明显。
 
注塑机伺服节能体系之构成
 
一般应用于全液压注塑机伺服节能体系的标准构成为三大组件:伺服马达、驱动器及油泵组。伺服马达分为AC感应伺服与永磁式伺服(同步伺服);驱动器的操控技能根据马达特性分为变频操控及伺服操控;油泵类型常见有齿轮泵、柱塞泵、叶片泵,齿轮泵包含外齿轮、内齿轮及螺旋式。
 
除上述标准三大构成组件以外,伺服操控体系尚需求下列隶属配件:
 
1)操控卡(Control Card)
 
有些称PG卡,用于通讯接口之沟通与变换,使编码器信号回馈至该卡进行转速的向量操控。
 
2)编码器传输线(Encoder)
 
传递编码器上各端子信号至驱动器端,其驱动器端常用9 pin D-sub作为通讯沟通接口。
 
3)制动电阻(Break Resistance)
 
又称刹车电阻或回升电阻,防止马达急转急停时因马达回转所发生的电流直接回充至驱动器端,构成驱动器焚毁,制动电阻将耗费此回充电流转成热放走。现在已开发对回充电流进行电力贮存并可重复利用的技能,是节能又一前进。
 
4)压力传感器(Pressure Sensor)
 
伺服体系对注塑成型进行压力闭回路操控的重要回馈组件,常设置在液压油泵出口端,常用压力标准为输出0-10V,对应最大压力为250 bar。
 
5)电磁搅扰滤波器(EMI Filter)
 
衔接于RST与驱动器之间,防止驱动器受搅扰或亦可能本体发生电磁搅扰扩及RST,导致其它机台也遭到搅扰而影响运作。
 
6)沟通电抗
 
下降主电源谐波、峰值电流,维护驱动机构的电子组件,也防止主电源的电压尖脉冲引起跳闸,关于电力质量较差的区域主张装置。
 
7)电抗圈:用于下降辐射搅扰,削减讯号因搅扰构成传输的不安稳。
 

伺服节能体系标准构成组件
伺服操控体系功能及节能验证
 
巿面上伺服节能体系包含有台湾、大陆、日本及欧美系列等多样化产品,各家体系的要害构成组件几乎具高度调配性,惟拼凑成套的体系其功能安稳性、操控性及价格合理性仍待检视。整套伺服操控体系中,以驱动器技能门坎属较高层级,国内虽有不少业者具开发能力,其安稳性、耐用性、安全性等仍待长时刻检视,故现在常见体系中仍以日本及欧美系列产品居多,如大金、东芝、东京计器、安川、三菱、伦茨、西门子及TDE等,国内如台达电子、赛艺等,大陆则以汇川及御能运用量较多;伺服马达则由于开发技能较老练,整合较简单,国内已稀有家厂商具制作能力,大陆当地伺服马达也开展的如火如荼;而油泵制作技能门坎更高,常见油泵技能来自德国及日本品牌居多,德制产品包含有艾克乐、弗依特、帕克、布赫等,日制产品包含有大金、SETIIMA及油研等。
 
面对巿面上如此多样化的伺服节能体系产品,怎么寻获更好且性价比高的产品,富足鑫供给一系列测验办法替客户进行严格把关。
 

伺服节能体系标准体系元件配线图
功能检验办法
 
伺服节能体系关于注塑作业的履行,首要条件要具有精准操控能力与反响的灵敏度。当操控器宣布压力与速度操控命令时,伺服节能体系马达油泵组需敏捷从油箱内将油泵吸出,以供给各单元履行的做功需求。油压动力体系操控功能的好坏可藉由该马达油泵组于压力、速度的稳态操控能力、呼应灵敏性及动态呼应操控性来判别。
 
注塑成型过程中,射胶与保压阶段为影响成型质量最重要的两个阶段,注塑阶段侧重以速度操控为主、压力约束为辅,意图在快速完结模穴充填,速度的逾越量过大或反响时刻过长皆有可能构成产品的缺点,如应力集中、成品粘模等。保压阶段由于熔胶已充填,仅需对熔胶的缩短进行安稳的补偿,因而成型侧重以压力操控为主、速度约束为辅,尽可能防止因补偿压力不安稳构成成型密度不均一而衍生出如应力不平等问题。
 

伺服体系压力与流量操控的操控功能曲线示意图
当伺服体系收到操控器命令时,马达油泵立即供给所需压力与流量需求。检视伺服操控体系根底功能体现的重要参阅方针如下:1)反响时刻:表明体系从开始动作,瞬间反响到达设定值所需求的时刻,越快表明体系呼应能力佳。2)逾越量:起升瞬间其最大峰值逾越预期设定值的量,逾越量越小,表明方针操控能力安稳性高。3)瞬时呼应:信号从起升瞬间,体系之时刻呼应部分仍属震动,其所需花费的时刻,花费时刻越短表明体系康复安定性较敏捷,对成型周期时刻短或需极点地高/低压开关者较具操控优势。4)稳态呼应:表明瞬时呼应消失后,所剩下之时刻呼应部分,稳态时刻越长,表明体系继续负载下的安定性佳。5)下降时刻:操控结束时康复至原始待机状况下所需求的时刻,此成果也将影响当操控切换至较低的压力或速度时,同等切换所需求的反响时刻。6)下冲量:当操控切换由高至较低的压力或速度时,因马达回转规划构成的下冲成果,此操控意图与逾越量相同,下冲量越小,方针操控能力越佳。
 

富足鑫针对巿面上伺服节能体系商所供给之伺服节能体系进行测验,
厂商A为富足鑫现在的现行体系
还有一个很重要的参阅方针称之稳态差错,压力之稳态差错首要来自油泵运送时因不断受压力闭回路操控及齿轮泵运送所发生的液压动摇等归纳因素构成的压力涟波现象,此动摇与规划值之差错体现称为稳态差错;速度操控稳态差错体现亦遭到速度闭回路操控影响,上述稳态体现成果都可经过PID的调整使更安稳输出。
 

富足鑫依GB注塑机节能认证标准进行厂商A、厂商B与厂商C的实模测验成果显示厂商B与厂商C的实模测验皆有优于厂商A的节能效果与成型的安稳度。
节能验证办法
 
伺服节能体系应用于注塑机的确具有省能之成效,除了上述体系功能鉴定以外,当然省能的多寡也是受关心的议题。故针对注塑机节能标准,如欧洲Euromap 60及中国大陆GB都已制定注塑机节能标准测验标准,台湾区域于2011年准备推进注塑机节能认证标准及标志。
 
欧规Euromap 60注塑机能源耗费测定标准清晰定义了比较特定机器的能量耗费之测定,仅需考虑注塑机包含一具往复运动螺杆一注塑单元的热塑性单元,电加热料管及一无任何辅助的水平(卧式)锁模单元,不包含供给机台及模具的冷却体系、外部空压体系等。
 
大陆GB节能标准规定了注塑机的能耗检测办法、能耗等级鉴定注塑机回收和节能评价。该标准仅适用于理论打针容积大于16cm3的单螺杆。两种标准都适用于注塑机耗能(节能)测验,并可用于鉴定不同伺服节能体系的能效。
 

中国大陆及欧盟注塑机节能标准测验标准比较
趋势
 
回忆CHINAPLAS 2011世界橡塑展,伺服节能体系已是各注塑机展商必备的基本条件,展场中伺服节能体系整合供货商至少10家以上,阐明伺服节能体系技能趋于老练,且已有许多厂商投入生产及制作,甚至直接笔直整合。伺服体系中要害的操控适配卡也已有提出应用之概念,若整合此技能资源亦表明伺服油泵操控技能将可自行把握。别的大型两板机也接连被展示出,不难发现,伺服节能体系若用在高阶大型机种其节能效益必定明显,惟伺服马达、驱动器等大功率需求仍待考验,故下阶段的伺服节能体系导入超大型机种运用必定是趋势之一,其大功率伺服马达、操控器以及大流量油泵将会是下阶段的重要要害零组件。
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