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中達電通股份有限公司 周士閔
摘 要：台達VFD-Gzhusujizhuanyongbianpinqitongguozhusujikongzhiqitigonggongyitongbuyunxingxunhao，gaibiandianjizhuansulaigaibianyoubengdeshuchuliuliang，zaimanzuzhusujizaigegegongzuojieduansuoxusududeqiantixia，jiangdiyeyaxitonghuiliu，shiyuanyoudingliangbengchengweijiedianxingbianliangbeng，jienengxiaolvgaoda20～60％；並具有操作簡便、控製速度準確穩定等特點。
關鍵詞：台達 VFD-G 注塑機 節能
1 引言
近年的中國注塑機行業在市場經濟的驅動下取得了長足的發展。根據有關研究資料顯示，到2010年，全球對塑料機械設備的需求額將以每年3.5%的速度遞增，注塑機需求量約占38％。麵對巨大的市場，注塑機設備的升級換代也越來越快。隨著世界各國在環保，如能耗、噪音、泄漏等控製方麵日益嚴格的要求，設計與製造新一代“節能型”注塑機，就成為迫切需要關注和解決的問題。
液(ye)壓(ya)傳(chuan)動(dong)是(shi)注(zhu)塑(su)機(ji)最(zui)常(chang)用(yong)的(de)傳(chuan)動(dong)方(fang)式(shi)。液(ye)壓(ya)傳(chuan)動(dong)注(zhu)塑(su)機(ji)是(shi)一(yi)種(zhong)典(dian)型(xing)的(de)周(zhou)期(qi)性(xing)變(bian)化(hua)負(fu)荷(he)設(she)備(bei)，各(ge)個(ge)工(gong)藝(yi)階(jie)段(duan)所(suo)需(xu)的(de)工(gong)作(zuo)壓(ya)力(li)和(he)流(liu)量(liang)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)，液(ye)壓(ya)係(xi)統(tong)的(de)負(fu)荷(he)變(bian)化(hua)很(hen)大(da)，對(dui)於(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)電(dian)動(dong)定(ding)量(liang)泵(beng)液(ye)壓(ya)係(xi)統(tong)，依(yi)靠(kao)流(liu)量(liang)閥(fa)和(he)壓(ya)力(li)閥(fa)調(tiao)節(jie)不(bu)同(tong)工(gong)序(xu)階(jie)段(duan)的(de)流(liu)量(liang)和(he)壓(ya)力(li)。由(you)於(yu)定(ding)量(liang)泵(beng)不(bu)可(ke)調(tiao)節(jie)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)，因(yin)此(ci)多(duo)餘(yu)的(de)能(neng)量(liang)隻(zhi)能(neng)在(zai)擋(dang)板(ban)、油路泄漏、油(you)的(de)溫(wen)升(sheng)中(zhong)消(xiao)耗(hao)掉(diao)，因(yin)此(ci)在(zai)造(zao)成(cheng)大(da)量(liang)的(de)能(neng)量(liang)浪(lang)費(fei)的(de)同(tong)時(shi)，還(hai)加(jia)劇(ju)了(le)各(ge)種(zhong)閥(fa)門(men)的(de)磨(mo)損(sun)，造(zao)成(cheng)油(you)溫(wen)過(guo)高(gao)，電(dian)機(ji)噪(zao)音(yin)過(guo)大(da)，機(ji)械(xie)壽(shou)命(ming)縮(suo)短(duan)等(deng)現(xian)象(xiang)。並(bing)且(qie)通(tong)常(chang)在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)，定(ding)量(liang)油(you)泵(beng)電(dian)機(ji)設(she)計(ji)容(rong)量(liang)大(da)馬(ma)來(lai)小(xiao)車(che)的(de)配(pei)置(zhi)進(jin)一(yi)步(bu)造(zao)成(cheng)電(dian)能(neng)浪(lang)費(fei)。因(yin)此(ci)改(gai)進(jin)注(zhu)塑(su)機(ji)液(ye)壓(ya)係(xi)統(tong)驅(qu)動(dong)技(ji)術(shu)，對(dui)於(yu)減(jian)少(shao)能(neng)源(yuan)浪(lang)費(fei)和(he)降(jiang)低(di)注(zhu)塑(su)製(zhi)品(pin)成(cheng)本(ben)具(ju)有(you)普(pu)遍(bian)意(yi)義(yi)。
2 注塑工藝原理
注塑機液壓傳動裝置主要由油泵、液壓控製閥、壓力電磁比例閥、流量電磁比例閥、各種不同的動作油缸、油you泵beng電dian機ji及ji其qi它ta液ye壓ya附fu件jian和he管guan道dao組zu成cheng。電dian動dong定ding量liang油you泵beng機ji組zu將jiang電dian動dong機ji所suo輸shu入ru的de機ji械xie能neng轉zhuan變bian為wei壓ya力li能neng，然ran後hou向xiang液ye壓ya係xi統tong的de液ye壓ya元yuan件jian輸shu送song具ju有you一yi定ding壓ya力li和he流liu量liang的de液ye壓ya油you，滿man足zu液ye壓ya執zhi行xing機ji構gou驅qu動dong負fu載zai所suo需xu能neng量liang的de要yao求qiu。
注塑機主要用於熱塑性塑膠的成型加工。注塑機成型流程是一個按照預定的周期性動作過程，一個完整的生產周期主要包括合模、鎖模、射膠、保壓、熔膠、冷卻、開模、頂ding出chu製zhi品pin幾ji個ge階jie段duan，以yi此ci次ci測ce試shi之zhi時shi序xu，即ji以yi合he模mo射she座zuo進jin射she膠jiao加jia料liao冷leng卻que射she座zuo退tui開kai模mo頂ding針zhen等deng程cheng式shi達da到dao產chan品pin成cheng型xing。如ru圖tu一yi所suo示shi為wei注zhu塑su機ji成cheng型xing流liu程cheng的de電dian流liu輸shu出chu波bo形xing。注zhu塑su機ji通tong常chang采cai用yong液ye壓ya傳chuan動dong，其qi結jie構gou包bao含han注zhu射she裝zhuang置zhi、開合模裝置、液壓傳動裝置和電氣控製裝置。電氣控製裝置的作用是保證注塑機的壓力、速度、溫度、時間、位置和動作程式參數等工藝準確有效地工作，在每個工作階段均能符合工藝要求。注塑機合模→射座進→射膠→加料→冷卻→射座退→開模→頂出的工藝參數同步工藝要求案例如圖1所示。
圖1 注塑機工序圖
3 注塑機專用變頻器解決方案
3.1 台達VFD-G注塑機機專用變頻器
台達VFD-G設計機專用變頻器。台達VFD-G變頻器屬於客製化塑機專用變頻器，專用於注塑機、擠塑機、吹膜機、吹瓶機、空壓機油壓機等變負荷大過載驅動。台達VFD-G係列注塑機專用變頻器規格特性包括：獨特的過載能力：150%60秒n ；兩路0-1A電流信號輸入端子；兩路模擬量輸出信號n ；可分段增益設定n； 內建PID反饋功能；兩個模擬量信號可作加減乘 取最大值運算；注塑機專用功能n；節能運轉，及用電量記錄等。
3.2 台達注塑機變頻驅動原理設計
台達VFD-G變(bian)頻(pin)器(qi)利(li)用(yong)注(zhu)塑(su)機(ji)原(yuan)有(you)流(liu)量(liang)與(yu)壓(ya)力(li)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)，將(jiang)注(zhu)塑(su)機(ji)原(yuan)有(you)定(ding)量(liang)泵(beng)改(gai)為(wei)節(jie)電(dian)型(xing)變(bian)量(liang)泵(beng)的(de)電(dian)氣(qi)控(kong)製(zhi)裝(zhuang)置(zhi)。通(tong)過(guo)注(zhu)塑(su)機(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)提(ti)供(gong)工(gong)藝(yi)同(tong)步(bu)運(yun)行(xing)訊(xun)號(hao)，利(li)用(yong)變(bian)頻(pin)原(yuan)理(li)改(gai)變(bian)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)來(lai)改(gai)變(bian)油(you)泵(beng)的(de)輸(shu)出(chu)流(liu)量(liang)，在(zai)滿(man)足(zu)注(zhu)塑(su)機(ji)在(zai)各(ge)個(ge)工(gong)作(zuo)階(jie)段(duan)所(suo)需(xu)速(su)度(du)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)，降(jiang)低(di)液(ye)壓(ya)係(xi)統(tong)回(hui)流(liu)，使(shi)原(yuan)有(you)定(ding)量(liang)泵(beng)成(cheng)為(wei)節(jie)電(dian)型(xing)變(bian)量(liang)泵(beng)，節(jie)能(neng)效(xiao)率(lv)高(gao)達(da)20～60％；並具有操作簡便、控製速度準確穩定等特點；軟性啟動裝置，減輕開鎖模震動，避免設備衝擊及磨損，延長設備使用壽命；以及能減輕電機噪音等效應，適用於各種功率，型號的注塑機種。根據注塑機的工作要求，利用注塑機上位機（例如電腦或PLC）的同步控製信號及電氣控製，送出類比信號(0-10VDC的類比電壓信號)，直接加在台達VFD-FGbianpinqibianpinqideshuruduan，congergaibianbianpinqideshuchupinlv，jigaibianyoubengdianjidezhuansu，laigaibianyoubengdianjideshuchuliuliang，manzuzhusujizaigegegongxuzhongsuoxudeyouyadaxiaoheliuliangsudu，jiangchuantongdedingliangbengzhuanbianweibianshubeng，zhusujibianpinkongzhixitongfangkuaiturutu2所示。
圖2 注塑機變頻控製係統方塊圖
3.3 電氣原理設計（圖3）
圖3 注塑機變頻驅動電氣原理
3.4變頻器參數設計
（1）VFD-G變頻器參數設置如表1所示。
表1 VFD-G變頻器參數設計
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參數 |
出廠值 |
說明 |
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01-01 |
60．00 |
此二參數必須根據馬達銘牌內容來設定 |
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01-02 |
380．0 |
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01-08 |
0．00 |
利用下限頻率來做待機時（如冷卻）的運轉頻率 |
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01-09 |
10．0 |
第一加速時間 |
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01-10 |
10．4 |
第一減速時間 |
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02-00 |
0 |
頻率指令來源設定為4時，表示必須根據04-20的設定 |
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04-11 |
0．00 |
AI2所對應的輸出最小量，用來啟動下限頻率動作，故當0V時，變頻器F=0.2*01-100,當F>01-05時，H=下限頻率 |
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04-13 |
100 |
AI1增益；因為真正的功率輸出必須扣除管損及熱，故必須以增益之方式提高變頻器輸出達到等於Loss+工作之總功率需求 |
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04-23 |
0.5 |
AI1類比輸入延遲 |
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04-24 |
0.5 |
AI2類比輸入延遲 |
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04-25 |
0 |
MAX（AI1*（04-13），AI2*（04-18））=取AI1和AI2之間大者為驅動器之頻率命令 |
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06-00 |
780V |
過電壓失速防止準位 |
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06-01 |
150% |
加速中過電流失速防止 |
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06-02 |
150% |
運轉中過電流失速防止
06-00~06-02建議全部關閉以避免因失速防止動作導致頻率降低進而無法達到所需之功率輸出最終產出不良產品 |
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07-02 |
100% |
馬達滿載電流 |
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07-03 |
30% |
馬達無載電流
因為注塑機在工作中會有瞬間高負載，幫，驅動器的選擇會大於馬達之功率，為避免馬達因過熱而燒毀，故以07-02和OL1電子熱動電驛功能給予保護 |
（2）VFD-G係列VFD300FA3A-G變頻器參數設定範例（馬達型號:東元,30HP/6P/380/50Hz/47.1A,EFF:92.0%,P.F.=78.5%,98rpm）如表2所示。
表2 VFD300FA3A-G參數設定
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參數 |
設定值 |
說明 |
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01-01 |
50.00 |
最大頻率設定 |
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01-02 |
380.0 |
最大輸出電壓設定 |
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01-08 |
25.00 |
下限頻率 |
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01-09 |
1.0 |
第一加速時間 |
|
01-10 |
0.4 |
第一減速時間 |
|
02-00 |
4 |
頻率指令來源 |
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04-11 |
0.20 |
AI2所對應的輸出最小量 |
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04-13 |
110 |
AI2增益 |
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04-23 |
0 |
AI1類比輸入延遲 |
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04-24 |
0 |
AI2類比輸入延遲 |
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04-25 |
7 |
MAX(AI1*(04-13),AI2*(04-18) |
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06-00 |
0 |
失速防止電壓準位 |
|
06-01 |
0 |
加速中過電流失速防止 |
|
06-02 |
0 |
運轉中過電流失速防止 |
|
07-02 |
78 |
馬達滿載電流 |
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07-03 |
25 |
馬達無載電流 |
（3）定量泵――變量泵運行實驗結果如表3所示。
表3 定量泵――變量泵運行實驗結果
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未使用變頻器 |
台達變頻器
F-G series |
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水冷卻 |
使用水冷卻 |
使用水冷卻 |
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關模時間 |
2.22秒 |
2.1秒 |
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關模電流 |
56.1秒 |
40.1秒 |
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射料時間 |
1.61秒 |
1.67秒 |
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射料電流 |
49.3秒 |
27.8秒 |
|
加料時間 |
2.12秒 |
2.35秒 |
|
加料電流 |
42.7秒 |
33.75秒 |
|
冷卻時間 |
2.31秒 |
2.5秒 |
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冷卻電流 |
38.1A |
21.05A |
|
開模時間 |
1.28秒 |
1.33秒 |
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開模電流 |
49A |
46.1A |
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Cycle time |
9.39秒 |
9.61秒 |
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半小時消耗功率 |
8.991Kw |
5.612Kw |
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半小時產量 |
168個 |
162個 |
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產品重量 |
33.1g±0.1 |
32.8g±0.1 |
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油溫 |
43~44℃ |
41~42℃ |
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功因 |
0..65~0.89 |
0.65~0.94 |
4 結束語
台達伺服型塑機專用變頻器配合交流伺服電機，配備旋轉編碼器和壓力 傳感器分(fen)別(bie)對(dui)流(liu)量(liang)和(he)壓(ya)力(li)進(jin)行(xing)采(cai)集(ji)，通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)和(he)轉(zhuan)矩(ju)實(shi)現(xian)了(le)流(liu)量(liang)和(he)壓(ya)力(li)的(de)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)。經(jing)多(duo)家(jia)注(zhu)塑(su)機(ji)廠(chang)家(jia)試(shi)用(yong)，配(pei)備(bei)台(tai)達(da)伺(si)服(fu)型(xing)塑(su)機(ji)專(zhuan)用(yong)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)注(zhu)塑(su)機(ji)表(biao)現(xian)出(chu)了(le)優(you)異(yi)的(de)性(xing)能(neng)，除(chu)同(tong)比(bi)傳(chuan)統(tong)注(zhu)塑(su)機(ji)節(jie)能(neng)率(lv)可(ke)達(da)20%-60%和精度大大得到提高外，其伺服電機能快速響應，壓力從0至175KG僅需40ms，而且液壓油油溫低，免去冷卻的需要，也降低了車間的溫度。台達伺服型塑機專用控製器的成功推廣，為注塑機廠商在以追求節能、精密、環保、高速的產品質量上得到了明顯的經濟技術效益。
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