一、概述
注塑機(jī)、擠出機(jī)是塑膠行業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)也是主要的耗電設(shè)備，被人們稱為“電老虎”，其用電量占企業(yè)生產(chǎn)用電的80%左右。注塑機(jī)耗電大，一方面造成全社會(huì)電能的巨大浪費(fèi)，另一方面造成企業(yè)生產(chǎn)成本居高不下，產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
注塑機(jī)的工藝過程一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓、冷卻、開模等幾個(gè)階段，各個(gè)階段需要不同的工作壓力和流量。對(duì)于油泵馬達(dá)而言，注塑過程是處于變化的負(fù)載狀態(tài)。在定量泵的液壓系統(tǒng)中，油泵馬達(dá)始終以恒定的轉(zhuǎn)速提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流，此過程稱為高壓節(jié)流。據(jù)統(tǒng)計(jì)高壓節(jié)流造成的能量損失高達(dá)25-60%。同時(shí)，由于液壓長(zhǎng)期的全速循環(huán)流動(dòng)，與液壓件、機(jī)械件的劇烈磨擦，造成油溫過高、噪音過大、機(jī)械壽命縮短的現(xiàn)象。
在注塑機(jī)工序一個(gè)完整的過程中，各種型號(hào)的注塑機(jī)，它的工序過程是相同的，大致是五個(gè)工序過程。
從上圖可知注塑機(jī)不同的工序過程中壓力和時(shí)間是這樣分布的：
（1）送模具過程：壓力低，時(shí)間較短。
（2）合模具過程：左右兩個(gè)模具相接直至完全閉合,壓力略高，時(shí)間不長(zhǎng)。
（3）保壓過程：送料至模腔，直到成型，固化。壓力較高，時(shí)間較長(zhǎng)，約占一件產(chǎn)品制造時(shí)間的40—60％。
（4）脫模具過程：加工成型,開啟模具,脫模，取出加工件。壓力略高，時(shí)間不長(zhǎng)。
（5）退模具過程：加工件取出，模具后退原位，進(jìn)行輔助工作后，待再次加工。壓力低，時(shí)間較短。
對(duì)同一臺(tái)注塑機(jī)，加工不同的塑料件，其壓力（P）與時(shí)間（t）長(zhǎng)短是各不相同的。由于加工件模具的復(fù)雜性，使用不同的塑料，一個(gè)加工件的總用料量，有否嵌件等有關(guān)。具體參數(shù)設(shè)定，一般由工程技術(shù)人員經(jīng)過測(cè)試后才能確定。
二、注塑機(jī)節(jié)能的原理及可行性分析
一臺(tái)通用注塑機(jī)設(shè)備，在一個(gè)完整的注塑過程中的鎖模、射膠、充填、熔膠、冷卻、開模等階段對(duì)壓力的要求各不相同，開模階段只需保證較小的壓力即可，但在熔膠、冷卻時(shí)卻需要較大的壓力，以保證產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)率。根據(jù)注塑機(jī)原理，我們知道電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，注塑壓力也就越大，所以通過變頻器對(duì)注塑機(jī)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速實(shí)現(xiàn)變壓節(jié)能是完全可行的。
當(dāng)前大多數(shù)注塑機(jī)生產(chǎn)商家未采用節(jié)能變頻器技術(shù)，還是采用的Y/△啟動(dòng)，由工頻電網(wǎng)直接供電，啟動(dòng)電流大，且浪費(fèi)電能；如采用變頻調(diào)速調(diào)壓的方式則可實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)電機(jī)的軟啟動(dòng)，并可根據(jù)各個(gè)不同工藝段的壓力需求自動(dòng)改變運(yùn)行頻率，達(dá)到節(jié)能增效的目的。這些功能可通過變頻器的壓力模擬反饋或多段速度的調(diào)節(jié)方式來實(shí)現(xiàn)。具有投資回收快的特點(diǎn)。
1.理論原理
油泵的輸出功率：pt=p×Qt=p×v×n (1)
油泵的理論轉(zhuǎn)矩：Tt=1/2π×p×V (2)
P為壓力，Qt為流量，V為油泵排量，n為油泵的轉(zhuǎn)速，將(2)式代入(1)式得：
Pt=2π×Tt×n (3)
如果忽略機(jī)械能到液壓能轉(zhuǎn)換過程中的能量損失，則可近似認(rèn)為油泵的輸出功率等于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速的乘積。因此可以看出，當(dāng)系統(tǒng)要求低流量時(shí)，系統(tǒng)需要的功率其實(shí)是非常低的。但是實(shí)際情況卻是，由于電動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在工頻50Hz狀態(tài)上，并不能根據(jù)實(shí)際的需求來降低其轉(zhuǎn)速，從而減小流量。因此多余的液壓油只能通過比例流量閥流回油箱，造成能源的白白浪費(fèi)。
2、油泵變頻調(diào)速節(jié)電運(yùn)行
從圖2注塑機(jī)的P=f(t)工序過程中看出，在不同時(shí)間段，它的主油泵壓力是變化的，而且起伏較大，這就存在節(jié)能的可能性，且潛力較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，注塑機(jī)節(jié)電率一般可達(dá)25%-60%。眾所周知注塑機(jī)未使用變頻器時(shí)，主泵的電動(dòng)機(jī)始終恒速運(yùn)行，是極不經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行的方式。
采用注塑機(jī)節(jié)電控制器，將控制比例流量閥的電流信號(hào)（0-1A），按每個(gè)生產(chǎn)工藝階段設(shè)定的流量比例，得到0-1A 的比例信號(hào)去打開電磁閥的比例開度，以提供系統(tǒng)所需的壓力。多余的流量通過溢流閥溢流掉。把比例流量信號(hào)連接到注塑機(jī)節(jié)電控制器作為驅(qū)動(dòng)指令，控制油壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，油泵只補(bǔ)充油路中所消耗的部份，油泵電機(jī)按比例指令運(yùn)轉(zhuǎn)相應(yīng)轉(zhuǎn)速，輸出相應(yīng)的流量，以提供系統(tǒng)所需的壓力。即需要多少提供多少，在源頭上讓它不產(chǎn)生浪費(fèi)，因此用變頻節(jié)電系統(tǒng)在注塑機(jī)的整過生產(chǎn)過程中都具有明顯的節(jié)電效果，從而能夠較大幅度節(jié)能省電，為用戶帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
根據(jù)上述動(dòng)作，按時(shí)間先后程序可將注射機(jī)工作過程繪成曲線圖
三、PI9000改造方案簡(jiǎn)述
目前在一些注塑機(jī)已采用了變頻節(jié)能技術(shù)，收到了節(jié)能、超靜、高效和可靠的顯著效果，且能大大減少注塑機(jī)的用電量，這已在眾多注塑機(jī)用戶中得到了非常好的評(píng)價(jià)與信賴。通過一些專家的測(cè)試和改良，注塑機(jī)的變頻節(jié)能技術(shù)已日趨完善。
本方案是將注塑機(jī)主控制器的流量閥或壓力閥的信號(hào)轉(zhuǎn)換變頻器接受的0~10v信號(hào)給變頻器，以達(dá)到根據(jù)工藝需要調(diào)節(jié)油壓的目的。
這種方式是種較為通用的做法，一些技改同行將信號(hào)變換及控制系統(tǒng)做成一種較為通用的電路板，以簡(jiǎn)化技改電路的設(shè)計(jì)；根據(jù)普傳變頻器的特點(diǎn)也可采用通用控制板的做法。
參數(shù)設(shè)置：取流量和壓力兩路信號(hào)的絕對(duì)值的最大值設(shè)定頻率：
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功能碼 |
功能碼值 |
說明 |
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F0.03 |
2 |
模擬量AI1設(shè)定 |
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F0.04 |
3 |
模擬量AI2設(shè)定 |
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F0.07 |
21 |
頻率主輔關(guān)系：Max（主，輔） |
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F0.11 |
1 |
端子臺(tái)控制 |
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F0.13 |
0.5 |
第一加速時(shí)間 |
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F0.14 |
0.5 |
第一減速時(shí)間 |
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F1.12 |
1.02V |
模擬量下限（根據(jù)流量和壓力零信號(hào)，變頻器頻率校零） |
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F1.14(F1.18) |
6V |
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝調(diào)節(jié)此參數(shù)可適當(dāng)調(diào)節(jié)電機(jī)輸出力度 |
四、注塑機(jī)變頻改造應(yīng)意的幾個(gè)問題
1、注塑機(jī)變頻改造過程中應(yīng)注意的幾個(gè)問題：
①必需是采用定量泵的注塑機(jī)才可進(jìn)行變頻節(jié)能改造。
②變量泵不用進(jìn)行變頻節(jié)能改造。因?yàn)樽兞勘帽旧硪褞в幸欢ǖ墓?jié)能效果，增加變頻器不能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)。
③一般情況下，繼電器控制的注塑機(jī)速度是采用手調(diào)節(jié)流量閥控制速度的，進(jìn)行變頻節(jié)能改造的效果并不理想。對(duì)小型注塑機(jī)也因?qū)ψ冾l器響應(yīng)速度的特別要求，需慎進(jìn)行變頻節(jié)能改造。
2、安裝變頻節(jié)能裝置應(yīng)注意的問題：
①一般采用獨(dú)立電箱的方法，也可做成工頻-變頻雙回路的形式。
②可以懸掛于墻邊或機(jī)器的某一部位。
③為加強(qiáng)電機(jī)散熱效果，可在電機(jī)尾部加裝風(fēng)扇。
3、操作使用時(shí)應(yīng)注意的問題：
一般情況下，安裝節(jié)能變頻器不會(huì)影響注塑機(jī)的操作使用方式，為保證生產(chǎn)效率，某些工藝參數(shù)卻需要作調(diào)整。
五、注塑機(jī)變頻節(jié)能率及投資回本期
根據(jù)大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，一般注塑機(jī)油泵電機(jī)在市電運(yùn)行情況下因各工序所耗功率不同，節(jié)電效益隨單機(jī)使用時(shí)間增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。
1、注塑機(jī)變頻改造一般節(jié)電率為25-65%之間，注塑周期越長(zhǎng)節(jié)電率越高，冷卻時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)能率也越高。
2、投資回本期：一般來說，變頻節(jié)能改造投資在6-12個(gè)月能收回成本，而且使用率越高，回本越快。
投資回收期：
36臺(tái)機(jī)器總功率985KW，如果按每月工作30天，每天工作20小時(shí)，按節(jié)電效率保守按35%計(jì)算，每臺(tái)機(jī)器負(fù)載按65%，每度電按0.8元收費(fèi)。
36臺(tái)機(jī)器每月可以節(jié)約電費(fèi)：985*30*20*0.8*35%*65%=107562元/月
36臺(tái)機(jī)器一年可以節(jié)約電費(fèi)：107562元/月*12月=1290774元/年
案例一 ：深圳龍崗某電子廠
注塑機(jī)為：臺(tái)灣贊揚(yáng)公司的CY-250系列，電機(jī)功率為3.7KW ，變頻改造具體情況如表：
從上表分析可知，工頻運(yùn)行時(shí)平均每小時(shí)用電量為2.58KW/h ，變頻運(yùn)行時(shí)平均每小時(shí)用電量為1.4KW/h，當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)是0.75元每度，按每天平均工作20小時(shí)，每月工作28天計(jì)算得：
節(jié)電率為：（ 2.58-1.4 ）/2.58 = 45.7%
工頻運(yùn)行是每年電費(fèi)為： 2.58 ╳ 20╳28╳12╳0.75=13003.2元
變頻運(yùn)行是每年電費(fèi)為： 1.4 ╳ 20╳28╳12╳0.75=7056元
每年節(jié)省電費(fèi) 5947.2元
結(jié)論：
理論分析與實(shí)際測(cè)得：注塑機(jī)變頻節(jié)能改造以后有以下幾種優(yōu)點(diǎn)：
1.節(jié)能降耗、降低成本。
2.滿足各工況工藝要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量。
3.實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)、變壓器無起動(dòng)電流沖擊。
4.減少對(duì)機(jī)械的沖擊、磨損、延長(zhǎng)機(jī)械壽命。
5.相對(duì)地降低了油溫和油泵噪音。
