注塑机伺服节能系统的应用
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全数字交流伺服系统在塑料机械中的应用随着科技的发展,塑料机械行业的竞争也日益激烈。
伺服控制系统作为自动化技术重要组成部分,是塑料机械自动化发展的关键。
全数字交流伺服系统具备响应迅速、稳定性高、控制精度高等优点,因而在塑料机械中应用越来越广泛。
一、全数字交流伺服系统的概述全数字交流伺服系统是将伺服控制中的模拟信号处理和数字信号处理采用一套芯片来完成,实现数字信号变模拟信号的功效,故称为全数字伺服系统。
全数字伺服系统拥有计算速度快、控制精度高等特点,使它们能够提高塑料机械行业的生产效率、减少生产成本、提高了产品品质和稳定性。
二、塑料机械中的应用1.注塑机中的应用注塑机中的液压伺服系统控制,需要通过对伺服阀进行控制,来调整顶针信号、背压信号、溶融温度信号等。
与传统的液压控制相比,全数字交流伺服系统的反应速度更快、控制精度更高,能够更好地实现工艺要求中对于极高的控制精度和响应速度。
2.挤出机中的应用挤出机的伺服系统主要用于辊轮控制,高速运转、连接工具的定位控制等。
全数字交流伺服系统对各种工艺参数都在严格控制,如细丝控制、恒力控制、温度控制等都具有非常显著的控制效果。
3.吹塑机中的应用一般,吹塑机上需要进行的项包括:吹气、紧缩、压力、反块等,这些操作都需要进行准确定位,而全数字交流伺服系统由于有着较快的采样周期、强大的滤波作用和更加灵敏的控制反应,因此对于准确定位极为有利,提高了吹塑机的工艺质量。
三、优越性1.控制精度高全数字伺服系统采用数字化的运动控制库,实现精确定位,增加了系统的控制精度和稳定性。
2.响应速度快全数字伺服系统采用了数据处理芯片,将信号和指令的处理速度提高到了最大,从而实现了较快这大的响应速度。
3.运动平滑全数字伺服系统采用独特的控制算法,通过增加轨迹规划算法精度,降低了系统中不可避免的振荡和波动。
4.适应性强全数字伺服系统智能型适应性强,能够对不同的工艺要求、工作工况和环境变化做出适应性响应,提高了系统的工作安全性和可靠性。
伺服系统在注塑机中的应用注塑机作为一种重要的塑料机械设备,广泛应用于化工、汽车、电子等产业领域。
伺服系统作为一种高精度、高效、低噪音、节能环保的控制系统,在注塑机中得到了广泛应用。
本文将主要探讨伺服系统在注塑机中的应用技术及优势。
一、伺服系统在注塑机中的应用技术伺服系统由伺服驱动器和伺服电机组成,其中伺服电机是一种高度精确的同步电机,具有高性能运动控制能力。
伺服系统具有精密位置、速度、加速度控制能力,能够提供高速、高精度的动力输出。
在注塑模具的开合、注射、压力控制、注塑周期控制等方面,伺服系统起到了至关重要的作用。
1.开合模控制注塑机的开合模控制通常采用伺服电机作为动力源,通过PLC编程实现闭环控制,实现高精度、高稳定性的开合模运动控制。
伺服电机具备快速反馈的能力,能够及时对开合模运动进行控制调节,保证模具运动的精度和稳定性。
2.注射控制注塑机的注射控制是最复杂的控制之一,包括塑料熔融、塑料进料、塑料压缩和塑料注射四个阶段,要求精细控制。
传统注塑机采用伺服电机控制注射进料,电液伺服系统控制塑料的压缩剂注入。
在新型注塑机中,采用了电机直接驱动注射,利用高精度编码器实现精准控制塑料的进料和注射量。
这种控制方式可以提高注塑品质的一致性和稳定性。
3.压力控制注塑过程中的压力控制是保证注塑质量稳定的关键之一,也是注塑机伺服控制的重要应用之一。
传统注塑机的压力控制通常采用“定值控制”或“PID算法控制”,这种控制方式控制效果难以调节,且受到了机械零件间磨损等方面的干扰,注塑精度和质量无法提高。
伺服控制系统采用高精度的传感器,实现闭环控制,精度更高,能够及时反馈注塑压力变化,从而实现稳定的注射行驶和注塑压力控制。
4.注塑周期控制注塑周期控制包括注塑时间、压缩和恢复时间的控制,是注塑品质稳定的重要保障。
传统注塑机通常采用固定周期模式,这种模式无法适应各种注塑产品的需求。
伺服控制系统采用可编程控制器(PLC)实现动态注塑周期,使注射和保压时间动态地调整和优化。
注塑机伺服系统节能原理一、引言随着工业化进程的加快和环境保护意识的增强,节能已经成为了各行各业的重要议题。
注塑机作为一种重要的塑料加工设备,其节能问题也备受关注。
目前,注塑机伺服系统被广泛应用于注塑机上,以提高注塑机的节能性能。
本文将从注塑机伺服系统的基本原理、控制方式和节能效果等方面进行论述。
二、注塑机伺服系统的基本原理1.注塑机伺服系统的组成2.伺服电机的特点伺服电机是注塑机伺服系统的核心部件,其具有响应速度快、控制精度高、输出扭矩稳定等特点。
伺服电机通过微处理器的控制,实现了对注塑机运行过程中各个环节的精确控制,从而提高了注塑机的运行效率和质量。
三、注塑机伺服系统的控制方式1.闭环控制闭环控制是指通过传感器实时检测注塑机的运行状态,并将反馈信息传输给微处理器,微处理器根据反馈信息进行数据处理和计算,调整伺服电机的工作参数,从而实现对注塑机运行过程的精确控制。
2.开环控制开环控制是指在注塑机的运行过程中,不实时检测注塑机的运行状态,并且不进行反馈信息的处理和计算。
开环控制一般适用于对注塑机的运行要求不高,且对注塑品质要求不严格的情况下。
四、注塑机伺服系统的节能效果1.降低电能消耗2.提高运行效率3.降低产品缺陷率由于伺服电机可以精确控制注塑机的运行过程,保证了注塑机在运行过程中的稳定性,减少了产品的缺陷率。
4.延长设备寿命五、结论注塑机伺服系统通过对注塑机的运行过程进行精确控制,可以提高注塑机的节能性能。
通过降低电能消耗、提高运行效率、降低产品缺陷率和延长设备寿命等方式,注塑机伺服系统可以实现对注塑机的节能优化。
未来,随着技术的不断进步和应用的不断推广,注塑机伺服系统的节能效果将会进一步提高。
伺服技术在电液混合节能型注塑机上的应用摘要:针对目前注塑机市场对节能,高效的需求特点,将大功率伺服电机和伺服驱动技术应用在电液混合节能型注塑机上,实现节能,高效,高精密的功能。
关键词:注塑机,节能,伺服电机注塑行业正面临着一个飞速发展的机遇,然而在注塑产品的成本的构成中,电费占了相当的比例,依据注塑机设备工艺的需求,传统的注塑机油泵马达耗电占整个设备耗电量比例高达80%-90%。
随着能源问题日益受到重视,尤其是我国近些时候循环经济理念得提出,节约能源变得越来越重要,设计与制造新一代“节能型”注塑机,就成为迫切需要关注和解决的问题。
在注塑机节能问题上目前存在两个解决方案,即全电动式和电动—液压混合式,各自主要特点如下:1.全电动式注塑机有一系列优点,特别是在环保和节能方面的优势,据报道,目前较先进的全电动式注塑机节电可以达到70%,另外,由于使用伺服电机注射控制精度较高,转速也较稳定,还可以多级调节。
但全电动式注塑机在使用寿命上不如全液压式注塑机,国内厂家目前在全电动式机型上还缺乏成熟的技术和使用经验,市场上仍以日系设备为主。
2.电动—液压式注塑机是集液压和电驱动于一体的新型注塑机,它融合了全液压式注塑机的高性能和全电动式的节能优点,这种电动-液压相结合的节能型注塑机已成为国内注塑机技术发展的一个主导方向。
本文侧重介绍星辰伺服的大功率交流永磁伺服系统在电液混合式节能型注塑机上的应用。
注塑机的工艺过程一般分为锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等几个阶段,各个阶段需要不同的压力和流量。
对于油泵马达而言,注塑过程的负载总是处于变化状态,在定量泵的液压系统中,油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量,多余的液压油通过溢流阀回流,此过程称为高压节流。
据统计由高压节流造成的能量损失高达36%-68%。
相关的节能技术有变频节能技术和变量泵节能技术,各自的技术特点如下:1.变频节能型注塑机传统的注射机没有对机器的驱动电机进行调整,即只要机器通电,电机就始终以额定转速运行。
伺服控制系统在注塑机上的应用摘要:我国是塑料机械产品生产和使用大国,对注塑机的使用需求很强,且市场发展迅速,对于设备更新和技术应用的标准也在不断的升高。
传统注塑机设备的生产效率已经无法满足当前设备生产和市场发展的实际需要。
当前市场上仍然大量运行着以普通的异步电动机拖动的液压式注塑机,这种设备的整体耗能高,使用过程中会出现很大的资源浪费,并且不具备环保和节能能力。
目前开发节能环保高效率的注塑机已经成为了非常紧迫的发展任务。
为此本研究将以伺服控制系统的应用作为创新点,将其在注塑机上的应用效果和应用优势进行细致的分析和讲解。
关键词:伺服系统;控制系统;注塑机;应用更新前言注塑机是注射成型机或者注射机的一种统称,它能够将热塑性塑料或者热固性塑料利用塑料成型模具制造成各种各样不同的形状。
注塑机通常由合模系统、液压传动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统以及安全监测系统组成,其中液压传动系统是影响设备生产效能的关键。
液压传动系统为注塑机提供动能,满足注塑机不同机械部分的压力、温度及速度需求。
传统的注塑机主要采用的是异步电动机拖动液压式注塑,其应用效率不高,并且在使用过程中经常会出现无功能耗,单位时间内的应用功率小,使用过程中经常会出现发热情况难以进行解决。
而改变设备应用效率的直接办法,就是改变其控制系统[1]。
伺服控制系统是当前较为合适的新系统选择。
伺服控制的最大优势在于可以精确定位设备的运行,让机械设备按照既定的标准进行自动控制,既能够节省设备的应用输出,还提升了应用的效率。
本研究将以伺服控制系统的加入作为切入点,对未来注塑机的发展给出部分参考。
1.关于伺服控制系统及注塑机的更新应用(一)、伺服控制系统在注塑机中的应用本研究所采用的伺服控制系统为交流伺服控制器和交流永磁伺服电机,通过电液混合式驱动为注塑机提供必要的能源驱动。
永磁同步电机区别于传统的感应电机,传统的感应电机是通过定子的旋转磁场在转子中产生感应电流,最后形成电磁转矩。
注塑机异步伺服节电改造可行性方案一、前言注塑机是塑胶行业重要生产设备, 也是有名“电老虎”, 耗电量大, 电能挥霍严重。
由于电价昂贵, 电费在公司生产成本中占有相称大比重, 已经成为严重影响公司生产效益重要因素。
随着市场竞争日益加剧, 各公司都在采用各种节能降耗办法、努力减少生产成本, 以便提高市场竞争力。
但是, 注塑机电能挥霍问题始终困扰着广大塑胶生产公司。
在此形式下, 康灿在吸取国外关于技术基本上, 结合自己近年来在节能领域积累丰富经验, 自主创新研制开发出高科技产品—康灿KC系列注塑机异步伺服节电器, 为注塑机顾客提供了一种行之有效节能降耗手段, 使注塑机单机电耗下降30-80%以上, 受到广大塑胶生产公司欢迎。
二、KC注塑机异步伺服节电应用康灿KC系列注塑机异步伺服节电器是我司依照成型机工艺特别设计一款应用于注塑行业节电装置,采集成型机信号经微解决器, 在实现节能同步, 也达到不影响产量、不影响产品品质规定。
采用人机界面操作, 依照注塑工序直接设定补偿异步驱动器运营频率;选用专用异步伺服驱动器, 具备电流矢量控制算法, 输出转矩大, 可完全满足了注塑机工况规定, 其加减速时间可达0.1 秒。
三、KC注塑机异步伺服节电原理:老式液压驱动系统使用普通电机加载定量泵, 液压驱动系统能耗与油泵输出流量和输出压力成正比;由于油泵由额定转速驱动运转, 因而油泵流量在机器运营过程中始终保持不变;然而在注塑工艺中, 其锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、开模等各个阶段所需要压力和流量是不同, 时大时小, 有时几乎为零, 如在高压节流过程中, 设在油泵出口溢流阀或比例阀实时调节负载压力和负载流量, 以满足注塑机工况实际需要, 这样多余液压油就会通过溢流阀流回油箱, 从而使油泵电机做了大量无用功;据记录, 由此导致能量损失高达36%~68%。
可见, 解决液压驱动系统能耗问题在于如何减少和避免多余能量损失。
康灿科技推出异步伺服在注塑机节能领域通过精心研究和实验, 完全吸取同步伺服系统长处, 开发出一款性价比极高注塑机异步伺服系统, 把老式比流比压控制升级为速度型控制系统, 实现与同步伺服同样功能, 每模生产周期与改造前一致, 节电率高达30-80%, 康灿科技推出异步伺服0-1500转加速为100ms,仅比同步伺服略逊(同步伺服0-1500转加速为15~50ms)。
伺服控制系统在塑机领域的应用一、引言伺服控制系统在塑机领域的应用已经成为塑料加工行业中的关键技术之一、伺服控制系统通过对电机进行高精度的位置、速度和力矩控制,实现了塑料成型过程中的精确控制和高效生产。
本文将重点介绍伺服控制系统在塑机领域的应用,并探讨其在提高生产效率、提高产品质量和节约能源方面的优势。
二、伺服控制系统的工作原理伺服控制系统由伺服电机、传感器、控制器和执行机构组成。
伺服电机通过传感器监测输出轴的位置、速度和力矩,并将信息反馈给控制器。
控制器通过比较反馈信号和设定值来产生控制信号,控制执行机构的运动。
通过这种闭环控制方式,伺服控制系统能够实现对电机运动的精确控制。
1.注塑机在注塑机中,伺服控制系统可以实现对模具的开闭、保压周期和注射速度的精确控制。
通过对开闭模具的控制,可以实现注塑件的精确成型,避免缺陷和浪费。
通过对保压周期和注射速度的控制,可以实现塑料的均匀熔融和充填,提高产品质量。
同时,伺服控制系统还可以根据注塑件的形状和尺寸变化,实现模具的自动调整和换模,提高生产效率。
2.吹塑机在吹塑机中,伺服控制系统可以实现对吹塑模具的开闭和吹塑周期的精确控制。
通过对吹塑模具的开闭控制,可以实现塑料瓶的精确成型,避免厚薄不均和变形。
通过对吹塑周期的控制,可以实现吹塑瓶的均匀充气和冷却,提高产品质量。
同时,伺服控制系统还可以实现模具的自动调整和换模,提高生产效率。
3.挤出机在挤出机中,伺服控制系统可以实现对挤出机螺杆的转速和送料速度的精确控制。
通过对挤出机螺杆转速的控制,可以实现塑料的均匀熔融和挤出,避免气泡和异物。
通过对送料速度的控制,可以实现挤出机的稳定运行,提高产品质量。
同时,伺服控制系统还可以根据产品的形状和尺寸变化,实现送料机构的自动调整,提高生产效率。
四、伺服控制系统在塑机领域的优势1.提高生产效率:伺服控制系统可以实现对塑机各个部件的精确控制,减少生产误差和生产停机时间。
通过自动调整和换模,可以快速适应不同产品的生产要求,提高生产效率。
注塑机异步伺服节能改造注塑机异步伺服节能改造一.节电:35%-75%节电原理:传统注塑机的油泵马达以恒定的转速提供恒定的流量,多余的液压油通过溢流阀回流,这样,很多能量就白白浪费掉了。
伺服注塑机在锁模、保压、冷却等阶段速度接近零速,因而功率消耗最小。
在原来的注塑机中,动力系统是普通(异步)电机+定量泵系统。
改造后,动力系统更换成“异步伺服驱动器+普通(异步)电机+定量泵系统”。
动力系统是塑料机械能耗最大的部分,约占整机用电总量的50%-80%,电能浪费最为严重。
由于电价昂贵,而且不断加价,电费在企业生产成本中占有相当大的比重,目前,各地都有限电措施,使得电能损耗已经成为严重影响企业生产效益的重要因素。
注塑工艺过程一般为锁模、射胶、溶胶、保压、冷却、开模等几个阶段,各个阶段需要不同的压力和流量。
传统的油泵马达按最高压力和设备需求确定功率,以恒定的转速提供恒定的流量,多余的液压油通过溢流阀回流,这样,很多能量就这样浪费掉了。
二.分析当前注塑机节能的三种方式1.变频器+异步电机,即变频节能,节电效果一般,安装简单,延长产品的生产周期。
2.矢量驱动器+同步电机+速度和压力反馈,即同步伺服节能,节电效果好,安装复杂,价格高,同步电机有退磁隐患,维护成本高。
3.矢量驱动器+异步电机+电流反馈,即异步伺服节能,安装简单,节电效果好,三相异步电机无退磁隐患,维护成本低,性价比好。
三.异步伺服介绍对于注塑机节能而言,伺服就是实现了闭环反馈控制,系统动态响应快、控制精度高。
伺服是变频器发展到高级阶段的产物,变频器是伺服之母。
异步伺服的创新,巧妙融合了变频节能技术和同步伺服节能技术的优点,同时又克服了它们各自的缺点,在提升注塑机生产效率的基础上,节电效果好,而且具备绝对的性价比优势。
定量泵注塑机配套上异步伺服之后,具备了新的竞争力,对整个相关行业,具有颠覆性的意义。
四.异步伺服改造原理注塑机的用电量主要消耗在油泵电机上,所以,降低油泵电机的用电量是注塑机节能的关键。
星辰伺服在注塑机伺服节能改造中的应用摘要将星辰注塑机专用交流伺服系统应用到注塑机伺服节能改造当中,实现压力、流量双闭环控制,取得显著的节能效果,达到注塑机节能改造的目的。
关键词节能;注塑机改造;伺服系统;合同能源管理中图分类号TH 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)061-0097-01注塑机是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备,市场存量和增量巨大,是有名的“电老虎”,耗电量大,电能浪费严重。
传统定量泵注塑机通常在需要改变负载流量和压力时,用阀门调节,这时输入功率变化不大,而有效的功率却很小,大量能量以压力差的形式损耗在阀门上,产生溢流,造成大量的能源浪费。
随着伺服节能型注塑机的性能和节能效果得到市场认可后,传统定量泵注塑机的伺服节能改造逐渐成为新的市场热点,借着国家节能减排战略的实施,在长三角和珠三角地区出现了以合同能源管理方式进行的注塑机伺服节能改造项目。
1 注塑机伺服节能改造原理注塑机液压系统是一个压力和流量波动都较大的系统,注塑机的工艺过程一般分为合模、锁模、射胶、熔胶、保压、冷却、松模、开模、取出等几个阶段,在不同工作阶段压力和流量波动都比较大。
多数时间负载的实际耗油量均小于油泵的供油量,造成高压状态下的液压油多余部分经溢流阀流回油箱,特别在冷却阶段,液压系统零压力、零流量造成电机空转,液压油不断经过油泵对溢流阀和管壁做功从而产生热量,既浪费大量能量,又对液压系统有害。
在注塑机伺服节能改造中,我们把传统的异步电机+定量泵系统改成伺服电机+螺杆泵(或齿轮泵等),根据注塑机当前的工作状态,在不同工作阶段,如锁模、射胶、熔胶、开模、顶针等阶段以及压力和速度的设定要求,自动调节油泵的转速,调节油泵供油量,使油泵实际供油量与注塑机实际负载流量在任何工作阶段均能保持一致,使电机在整个变化的负荷范围内的能量消耗达到所需的最小程度,彻底消除了溢流现象,并确保电机平稳、精确地运行,使注塑机运行于最佳节能状态。
注塑机伺服节能系统的应用伺服节能技术简介早期注塑机以全液压式为主,对于节能及环保贡献上明显较弱,反观全电注塑机发展却是节能与环保贡献上最具代表性的设备技术,两者主要差异上在于伺服马达的使用,也就是说将液压式注塑机所有动作的驱动源由原本的液压马达被伺服马达所取代,成为所谓的全电式注塑机,当然取两者应用优势者即为油-电混合注塑机,使同时兼具液压与伺服之优点。
然而油压机在长时间维持高压、高出力时仍有全电机无法完全取代的优势,因此具节能环保的全液压系统也是现阶段最具潜能的设备技术,这里将重点以全液压伺服节能注塑机进行说明。
传统定量泵系统与伺服系统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、托进等几个阶段,各个阶段皆需要提供不同且适当的压力和流量,对于油泵马达而言,注塑机成型过程是属于变化的负载状态。
在定量泵的液压系统中(见图1),马达是以恒定转速持续提供一恒定的流量,尽管透过比例式压力流量比例阀(EFBG)来达到各阶段所需压力及流量比例配置的结果,非属所需受控的液压油仍旧须排回油箱,对注塑机而言,输出功耗造成的电力消耗是持续性的,也就是说若注塑机属待机状态,定量液压泵则仍不断地提供恒定的流量并直接排回油箱,此即形成相当大且不必要的电力耗费。
然而伺服系统的控制技术(见图2),可改善上述定量泵液压系统的缺点,伺服马达乃透过编码器传输讯号回馈至驱动器进行精准的回转控制,使其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系透过精准转速的增减控制来获得;液压油之压力控制方面则是透过油泵上串联的一压力传感器,将压力讯号结果传递回馈至驱动器端进行连续的闭回路控制,以其达到压力精准控制为目的。
如此一来,伺服控制系统就可精准的提供注塑成型各阶段所需要的压力与流量,比较定量泵系统,可大幅降低输出的电力消耗。
注塑成型节能原理传统定量泵与伺服节能系统在注塑成型各阶段所使用电力消耗之状态,如图3所示,其各阶段动作下的电力消耗比较可获知,加料及冷却两阶段属于长时间作动的电力是最值得做省能控制的,尤其是冷却阶段,伺服系统对注塑机而言完全不需做功。
换而言之,一产品成型周期中冷却时间越长,节能效益就越显着。
注塑机伺服节能系统之构成一般应用于全液压注塑机伺服节能系统,其标准构成的三大组件为伺服马达、驱动器及油泵组,其中伺服马达又可区分为AC感应伺服与永磁式伺服(又称同步伺服);驱动器的控制技术则依据马达特性区分为变频控制及伺服控制;油泵类型常见有齿轮泵、柱塞泵、叶片泵,齿轮泵包括有外齿轮、内齿轮及螺旋式。
国内伺服节能系统供货商各自从上述组件进行选择性搭配,选择特性上也有一些差别,见表1。
除了上述标准三大构成组件以外,伺服控制系统尚需要下列附属配件,如图4所示为常见标准系统组件配线图,包括有:(1) 控制卡(Control Card):有些称PG卡,用于通讯接口之沟通与转换,使编码器讯号回馈至该卡进行转速的向量控制。
(2) 编码器传输线(Encoder):传递编码器上各端子讯号至驱动器端,其驱动器端常见用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,避免马达急转急停时,因马达逆转所产生的电流直接回充至驱动器端,造成驱动器烧毁,制动电阻将消耗此回充电流转成无用的热放走。
目前已有开发对回充电流进行电力储存并可重复利用的技术,在节能概念上更是一大进步。
(4) 压力传感器(Pressure Sensor):提供伺服系统对注塑成型进行压力闭回路控制的重要回馈组件,通常设置在液压油泵浦出口端,常用压力规格为输出0~10V,对应最大压力为250 bar。
(5) 电磁干扰滤波器(EMI Filter):连接于大电系统RST与驱动器之间,避免驱动器受干扰或亦可能本体产生电磁干扰扩及大电系统RST,导致其它机台也受到干扰而影响运作。
(6) 交流电抗:降低主电源谐波、峰值电流,保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,对于电力质量较差的地区,建议安装,以利保护驱动器。
(7) 电抗圈:用于降低辐射干扰,减少讯号因干扰造成传输的不稳定。
伺服控制系统性能及节能验证市面上伺服节能系统包括有台湾、大陆、日本及欧美系列等多样化产品,各家系统的关键构成组件几乎具高度搭配性,惟拼凑成套的系统其性能稳定性、操控性及价格合理性仍待检视。
整套伺服控制系统中,以驱动器技术门坎属较高层级,国内虽有不少业者具开发能力,其稳定性、耐用性、安全性等仍待长期检视,故目前常见系统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使用量较多;伺服马达则由于开发技术较成熟,整合较容易,国内已有数家厂商具制造能力,大陆当地伺服马达也发展的如火如荼;而油泵制造技术门坎更高,常见油泵技术来自德国及日本品牌居多,德制产品包括有艾克乐、弗依特、帕克、布赫等,日制产品包括有大金、SETIIMA及油研等。
面临市面上如此多样化的伺服节能系统产品,如何寻获更好且性价比高的产品,富强鑫提供一系列测试方法替客户进行严格把关,故本节介绍伺服节能系统性能检验方法,以利协助客户取得价格合理且耐用的优质产品。
伺服控制系统之性能检验方法伺服节能系统对于注塑作业执行,首要条件就是要具有精准控制能力与反应的灵敏度,当操控器发出压力与速度控制命令时,伺服节能系统马达油泵组需迅速从油箱内将油泵吸出,以提供各单元执行的作功需要。
油压动力系统控制性能的优劣可藉由该马达油泵组于压力、速度的稳态控制能力、响应灵敏性及动态响应操控性来判别,此亦将决定注塑机的性能优异特性。
注塑成型过程中,射胶与保压阶段为影响成型品质量良莠最重要的两个阶段,注塑阶段着重以速度控制为主、压力限制为辅,目的在快速完成模穴充填,速度的超越量过大或反应时间过程皆有可能造成产品的缺陷,如应力集中、成品黏模等。
保压阶段因为熔胶已完成充填,仅需对熔胶的收缩进行稳定的补偿,因此成型着重以压力控制为主、速度限制为辅,尽可能避免因补偿压力不稳定造成成型密度不均一而衍生出如应力不均等问题。
当伺服系统接收到控制器命令时,马达油泵立即提供所需的压力与流量需求,如图5所示为伺服系统压力与流量控制的性能曲线表现示意图。
图中标示的6个位置是为了检视伺服控制系统的基础性能表现的重要参考指针,各指标说明如下:(1) 反应时间:表示系统从起始作动,瞬间反应达到设定值所需要的时间,越快表示系统响应能力佳。
(2) 超越量:起升瞬间其最大峰值超越预期设定值的量,超越量越小,表示目标控制能力稳定性高。
(3) 瞬时响应:表示讯号从起升瞬间,系统之时间响应部分仍属震荡,其所需花费的时间。
花费时间越短,表示系统恢复安定性较迅速,对成型周期时间短或需极端地高/低压切换控制者较具控制优势。
(4) 稳态响应:表示瞬时响应消失后,所剩余之时间响应部分,稳态时间越长,表示系统持续负载下的安定性佳。
(5) 下降时间:表示控制结束时恢复至原始待机状态下所需要的时间,此结果也将影响当控制切换至较低的压力或速度时,等同切换所需要的反应时间。
(6) 下冲量:当控制切换由高至较低的压力或速度时,因马达反转设计造成的下冲结果,此控制目的与超越量相同,下冲量越小,目标控制能力越佳。
另还有一个很重要的参考指标,称之稳态误差。
压力之稳态误差主要来自油泵输送时因不断受压力闭回路控制,以及齿轮泵输送所产生的液压波动等综合因素造成的压力涟波现象,此波动与设计值之误差表现称为稳态误差。
速度控制稳态误差表现亦受到速度闭回路控制影响,上述稳态表现结果都可透过PID的调整使其稳定输出。
富强鑫针对市面上伺服节能系统商所提供之伺服节能系统进行测试,厂商A为我司目前的现行系统,经过上述伺服控制系统之性能检验方法,结果显示如表2a与表2b,市面上仍有与富强鑫现行系统相同性能等级之伺服节能系统,此将作为富强鑫选择伺服节能系统重要的参考依据之一。
表2b. 伺服节能系统操控性能综合评比注塑机之节能验证伺服节能系统应用于注塑机确实具有省能之功效,除了上述系统性能评定以外,当然省能的多寡也是受关切的议题。
故针对注塑机节能规范,如欧洲Euromap 60及大陆GB都已制订注塑机节能标准测试规范,台湾于2011年度正筹备推动注塑机节能认证规范及标章。
本节将简单介绍Euromap及GB两种标准测定规范。
(1) 欧规Euromap 60─注塑机能源消耗测定标准明确定义于比较特定机器的能量消耗之测定,仅需考虑注塑机包括:具往复运动螺杆;注塑单元的热塑性单元;电加热料管及无任何辅助的水平(卧式)夹模单元;不包括提供机台及模具的冷却系统、外部空压系统等。
(2) 大陆GB─节能系统于塑料注塑机能耗检测和等级评定的规范本规范规定注塑机的能耗检测方法、能耗等级评定和节能评价。
该规范仅适用于理论注射容积大于16cm3的单螺杆。
表3 注塑机节能标准测试规范比较表两种规范本质上都适用于注塑机耗能(节能)测试,并可用于评定不同伺服节能系统的节能效益,比较两者之差异见表3所示。
我司根据表2a与表2b结果,依GB注塑机节能认证规范进行厂商A、厂商B与厂商C的实模测试,结果如表4所示。
厂商B与厂商C的实模测试皆优于厂商A的节能效果与成型的稳定度。
应用趋势回顾2011ChinaPlas国际塑橡展中,伺服节能系统已经是各家展场中必备的基本条件,展场中伺服节能系统整合供货商展出至少10家以上,这说明伺服节能系统技术趋于成熟,且已有许多厂家投入生产及制造,甚至直接垂直整合。
伺服系统中关键的控制适配卡也在已被提出应用之概念,若整合此技术资源亦表示伺服油泵控制技术将可以自行掌握。
另外大型两板机也陆续被公开展示,不难发现,伺服节能系统若用在高阶大型机种其节能效益必然显着。
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系统导入超大型机种使用必定是趋势之一,其大功率伺服马达、控制器以及大流量油泵将会是下阶段的重要关键零组件。
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