一、概述
注塑机、挤出机是塑胶行业的主要生产设备，同时也是主要的耗电设备，被人们称为“电老虎”，其用电量占企业生产用电的80%左右。注塑机耗电大，一方面造成全社会电能的巨大浪费，另一方面造成企业生产成本居高不下，产品缺乏竞争优势，严重影响企业的经济效益。
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工作压力和流量。对于油泵马达而言，注塑过程是处于变化的负载状态。在定量泵的液压系统中，油泵马达始终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。据统计高压节流造成的能量损失高达25-60%。同时，由于液压长期的全速循环流动，与液压件、机械件的剧烈磨擦，造成油温过高、噪音过大、机械寿命缩短的现象。
在注塑机工序一个完整的过程中,各种型号的注塑机，它的工序过程是相同的，大致是五个工序过程（见图1）。
从图1可知注塑机不同的工序过程中压力和时间是这样分布的：
（1）送模具过程：压力低，时间较短。
（2）合模具过程：左右两个模具相接直至完全闭合,压力略高，时间不长。
（3）保压过程：送料至模腔，直到成型，固化。压力较高，时间较长，约占一件产品制造时间的40—60％。
（4）脱模具过程：加工成型,开启模具,脱模，取出加工件。压力略高,时间不长。
（5）退模具过程：加工件取出，模具后退原位，进行辅助工作后，待再次加工。压力低，时间较短。
对同一台注塑机,加工不同的塑料件,其压力（P）与时间(t)长短是各不相同的。由于加工件模具的复杂性,使用不同的塑料,一个加工件的总用料量,有否嵌件等有关。
二、PI9000改造方案过程简述
在注塑机永磁同步改造中，控制方案采用流量和压力双信号比较取大的方式，采取该控制方案能保证用户更换产品模具时，再调节变频器参数。而且控制信号与注塑机信号在电气上完全隔离，不会对注塑机控制器产生干扰，影响产品质量。
1、变频器选型
本次改造的注塑机所用油泵电机为14KW的永磁无感同步伺服电机，因此变频器选用PI9230E 015G3永磁同步无感矢量控制专用变频器。为了满足注塑工艺快速启停的控制要求，必须选配合适的制动电阻。根据变频器的制动电阻选型控制要求，配置40Ω/1500W制动电阻。
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机械设备 |
控制器 |
数量 |
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注塑机 |
PI9230E 015G3 |
1台 |
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制动电阻 |
40Ω/1500W |
1个 |
表1 注塑机变频改造设备清单
2、变频器控制端子接线
根据注塑机工序控制要求，变频器控制端子使用到模拟量控制端子AI1，AI2，GND。数字量控制端子DI1，DI2，COM。继电器输出1端子TA1和TC1。
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AI1-GND |
模拟量输入端子1 |
默认压力给定 |
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AI2-GND |
模拟量输入端子2 |
默认流量给定 |
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DI1-COM |
数字输入端子1 |
运行使能 |
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DI2-COM |
数字输入端子2 |
故障复位 |
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TA1-TC1 |
继电器输出端子 |
故障输出 |
三、调试过程及参数设置
确认变频器的主回路与控制回路接线正确后，按照以下过程进行变频器在注塑机上的应用调试：
1、开始电机自学习，具体步骤：
1、PP-01=01恢复出厂参数
2、P0-01=0 选择无感矢量控制
3、根据电机铭牌正确设置电机参数
P1-00=2 电机类型为永磁同步电机
P1-01=14电机额定功率
P1-02=341 电机额定电压
P1-03=28.2 电机额定电流
P1-04=113.33 电机额定频率
2、参数设置完成后对电机进行自学习，P1-37=11
调谐选择：11 带载自学习（静止自学习）
12 空载自学习（选择自学习）
带载自学习只能获得同步电机电阻，同步电机D轴电感，同步电机Q轴电感（P1-16到P1-19）无法获取电机反电动势（P1-20），具体大小可以公式计算得出或者查找说明书。
公式：E=P/√3 *I
E为反电动势， P为额定功率 I为电机额定电流
空载自学习可以获取P1-16到P1-20还可以获取P2-13到P2-16，有条件的现场应进行空载（即全面）自学习。
最终的电机参数设置如下：
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序号 |
功能标号 |
功能名称 |
设置值 |
备注 |
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1 |
P0-02 |
端子控制 |
1 |
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2 |
P0-03 |
AI1 模拟量给定 |
2 |
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3 |
P0-04 |
AI2模拟量给定 |
3 |
|
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4 |
P0-07 |
主辅运算取最大值 |
21 |
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5 |
P4-13 |
AI1零漂电压 |
0.03 |
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6 |
P4-18 |
AI2零漂电压 |
0.17 |
|
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7 |
P4.00 |
运行使能 |
1 |
DI1端子功能 |
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8 |
P4.03 |
故障复位 |
9 |
DI2端子功能 |
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9 |
P0-17 |
加速时间 |
5s |
实际工艺要求进行调整 |
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10 |
P0-18 |
减速时间 |
0.1s |
实际工艺要求进行调整 |
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11 |
P2-00 |
速度环比例增益1 |
6 |
解决电机运行过程中出现的异响和抖动，修改P2电机组参数Kp比例增益（减小此值），和积分时间Ti（增大此值） |
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12 |
P2-01 |
速度环积分时间1 |
4 |
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13 |
P2-03 |
速度环比例增益2 |
8 |
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14 |
P2-04 |
速度环积分时间2 |
4 |
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15 |
P2-05 |
切换频率 |
50 |
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16 |
P2-14 |
励磁比例增益 |
4000 |
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17 |
P2-15 |
励磁积分增益 |
1356 |
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18 |
P2-10 |
速度控制方式下的转矩上限数字设定，电动 |
100 |
防止力矩过大，射出胶体把注塑机模堵塞。 |
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19 |
P2-12 |
速度控制方式下的上限转矩数字设定，发电 |
100 |
四、注塑机改造后的效果
1、节电效果明显
节电高达20～65%，设备运行6-10个月，可回收投资。
2、压力稳定、精密
调节能力强，压力闭环控制模式使系统压力非常稳定，实现高精度的精密控制。可按照电脑设定的任意压力、流量曲线运行。
3、低噪音、弱振动
由于伺服系统是在矢量控制启动，伺服电机运行非常平稳，运行期间只有很小的振动感，噪音极低，保证设备运行的可靠性。。
4、使用方便
提供压力和流量的双闭环控制，双路模拟量输出的电脑进行联机，安装调试极为方便。普通技术人员通过数字面板即可迅速调好参数，也可用数字接口批量写入适配参数。
5、延长使用寿命
减轻电机轴承、油泵叶片等运动部件的磨损程度，延长其使用寿命。
6、多重保护
对电机具有过压、欠压、过载、过流、缺相等保护功能。
