全面解析注塑機(jī)伺服體系及市場(chǎng)趨勢(shì)

    在當(dāng)時(shí)對(duì)環(huán)保訴求日益高漲的環(huán)境需求及方針鼓舞下，各種節(jié)能設(shè)備、設(shè)備或技能等在近幾十年一向備受注重，如注塑機(jī)領(lǐng)域的伺服技能。臺(tái)灣區(qū)域前三大塑料注塑機(jī)器設(shè)備企業(yè)富足鑫集團(tuán)注塑事業(yè)部早在2008年前就開(kāi)端醞釀節(jié)能體系在注塑機(jī)的運(yùn)用，于2008年2月開(kāi)端第一批伺服節(jié)能環(huán)保型注塑機(jī)量產(chǎn)，這批機(jī)器完結(jié)了高節(jié)能、高精度、高應(yīng)對(duì)、低噪音、低油溫等優(yōu)異特性，在抱負(fù)狀況下，與變量泵機(jī)種比較，節(jié)能達(dá)40%，與傳統(tǒng)定量泵機(jī)種比較，節(jié)能達(dá)70-80%，隨后接連將伺服節(jié)能體系拓寬至其它不同機(jī)種，包含快速機(jī)、電木機(jī)以及大型兩板機(jī)等，關(guān)于客戶端每年電費(fèi)節(jié)約至少50-60%以上。

 

伺服節(jié)能技能概述

 

前期注塑機(jī)以全液壓式為主，關(guān)于節(jié)能及環(huán)保的奉獻(xiàn)明顯較弱，全電注塑機(jī)是節(jié)能與環(huán)保奉獻(xiàn)上最具代表性的設(shè)備技能，兩者首要差異上在于伺服馬達(dá)的運(yùn)用，而油電混合注塑機(jī)兼具液壓與伺服之長(zhǎng)處。此外，油壓機(jī)在長(zhǎng)時(shí)刻保持高壓、高出力時(shí)仍有全電機(jī)無(wú)法徹底替代的優(yōu)勢(shì)，因而具節(jié)能環(huán)保的全液壓體系也是現(xiàn)階段最具潛能的設(shè)備技能。

 

傳統(tǒng)定量泵與伺服體系之差異

 

注塑機(jī)從標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作上可分解成鎖模、射膠/保壓、加料、冷卻、開(kāi)模、頂出等幾個(gè)階段，各個(gè)階段皆需求供給不同且恰當(dāng)?shù)膲毫土髁?，?duì)油泵馬達(dá)而言，注塑機(jī)成型過(guò)程是歸于變化的負(fù)載狀況。在定量泵的液壓體系中，馬達(dá)以安穩(wěn)轉(zhuǎn)速繼續(xù)供給安穩(wěn)流量，雖然經(jīng)過(guò)份額式壓力流量份額閥（EFBG）可到達(dá)各階段所需壓力及流量份額配置的成果，但操控所需之外的液壓油仍須排回油箱。對(duì)注塑機(jī)而言，輸出功耗構(gòu)成的電力耗費(fèi)是繼續(xù)性的，也就是說(shuō)若注塑機(jī)處待機(jī)狀況，定量泵仍不斷供給安穩(wěn)的流量并直接排回油箱，構(gòu)成相當(dāng)大且不必要的電力耗費(fèi)。

定量泵液壓體系（圖1）與伺服操控之液壓體系（圖2）對(duì)比

伺服體系的操控技能可改進(jìn)上述定量泵液壓體系的缺點(diǎn)。伺服馬達(dá)經(jīng)過(guò)編碼器傳輸信號(hào)回饋至驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行精準(zhǔn)的回轉(zhuǎn)操控，使受控液壓油之流量需求經(jīng)油泵直接輸出，也就是說(shuō)輸出流量的大小是經(jīng)過(guò)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的增減操控來(lái)取得。液壓油壓力操控方面則經(jīng)過(guò)油泵上串聯(lián)的壓力傳感器，將壓力信號(hào)成果傳遞回饋至驅(qū)動(dòng)器端進(jìn)行接連的閉回路操控，以到達(dá)壓力精準(zhǔn)操控的意圖，如此一來(lái)，伺服操控體系就可精準(zhǔn)的供給注塑成型各階段所需求的壓力與流量，比較定量泵體系，可大幅下降輸出的電力耗費(fèi)。

 

傳統(tǒng)定量泵與伺服節(jié)能電力耗費(fèi)比較示意圖

注塑成型節(jié)能原理

 

從注塑成型各階段電力耗費(fèi)狀況來(lái)看，加料及冷卻兩階段歸于長(zhǎng)時(shí)刻動(dòng)作，其電力最值得節(jié)約，尤其是冷卻，伺服體系對(duì)注塑機(jī)而言徹底不需做功，換言之，產(chǎn)品成型周期中冷卻時(shí)刻越長(zhǎng)，節(jié)能效益就越明顯。

 

注塑機(jī)伺服節(jié)能體系之構(gòu)成

 

一般應(yīng)用于全液壓注塑機(jī)伺服節(jié)能體系的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成為三大組件：伺服馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)器及油泵組。伺服馬達(dá)分為AC感應(yīng)伺服與永磁式伺服（同步伺服)；驅(qū)動(dòng)器的操控技能根據(jù)馬達(dá)特性分為變頻操控及伺服操控；油泵類型常見(jiàn)有齒輪泵、柱塞泵、葉片泵，齒輪泵包含外齒輪、內(nèi)齒輪及螺旋式。

 

除上述標(biāo)準(zhǔn)三大構(gòu)成組件以外，伺服操控體系尚需求下列隸屬配件：

 

1）操控卡（Control Card）

 

有些稱PG卡，用于通訊接口之溝通與變換，使編碼器信號(hào)回饋至該卡進(jìn)行轉(zhuǎn)速的向量操控。

 

2）編碼器傳輸線（Encoder）

 

傳遞編碼器上各端子信號(hào)至驅(qū)動(dòng)器端，其驅(qū)動(dòng)器端常用9 pin D-sub作為通訊溝通接口。

 

3）制動(dòng)電阻（Break Resistance）

 

又稱剎車電阻或回升電阻，防止馬達(dá)急轉(zhuǎn)急停時(shí)因馬達(dá)回轉(zhuǎn)所發(fā)生的電流直接回充至驅(qū)動(dòng)器端，構(gòu)成驅(qū)動(dòng)器焚毀，制動(dòng)電阻將耗費(fèi)此回充電流轉(zhuǎn)成熱放走?，F(xiàn)在已開(kāi)發(fā)對(duì)回充電流進(jìn)行電力貯存并可重復(fù)利用的技能，是節(jié)能又一前進(jìn)。

 

4）壓力傳感器（Pressure Sensor）

 

伺服體系對(duì)注塑成型進(jìn)行壓力閉回路操控的重要回饋組件，常設(shè)置在液壓油泵出口端，常用壓力標(biāo)準(zhǔn)為輸出0-10V，對(duì)應(yīng)最大壓力為250 bar。

 

5）電磁攪擾濾波器（EMI Filter）

 

銜接于RST與驅(qū)動(dòng)器之間，防止驅(qū)動(dòng)器受攪擾或亦可能本體發(fā)生電磁攪擾擴(kuò)及RST，導(dǎo)致其它機(jī)臺(tái)也遭到攪擾而影響運(yùn)作。

 

6）溝通電抗

 

下降主電源諧波、峰值電流，維護(hù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電子組件，也防止主電源的電壓尖脈沖引起跳閘，關(guān)于電力質(zhì)量較差的區(qū)域主張裝置。

 

7）電抗圈：用于下降輻射攪擾，削減訊號(hào)因攪擾構(gòu)成傳輸?shù)牟话卜€(wěn)。

 

伺服節(jié)能體系標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成組件

伺服操控體系功能及節(jié)能驗(yàn)證

 

巿面上伺服節(jié)能體系包含有臺(tái)灣、大陸、日本及歐美系列等多樣化產(chǎn)品，各家體系的要害構(gòu)成組件幾乎具高度調(diào)配性，惟拼湊成套的體系其功能安穩(wěn)性、操控性及價(jià)格合理性仍待檢視。整套伺服操控體系中，以驅(qū)動(dòng)器技能門坎屬較高層級(jí)，國(guó)內(nèi)雖有不少業(yè)者具開(kāi)發(fā)能力，其安穩(wěn)性、耐用性、安全性等仍待長(zhǎng)時(shí)刻檢視，故現(xiàn)在常見(jiàn)體系中仍以日本及歐美系列產(chǎn)品居多，如大金、東芝、東京計(jì)器、安川、三菱、倫茨、西門子及TDE等，國(guó)內(nèi)如臺(tái)達(dá)電子、賽藝等，大陸則以匯川及御能運(yùn)用量較多；伺服馬達(dá)則由于開(kāi)發(fā)技能較老練，整合較簡(jiǎn)單，國(guó)內(nèi)已稀有家廠商具制作能力，大陸當(dāng)?shù)厮欧R達(dá)也開(kāi)展的如火如荼；而油泵制作技能門坎更高，常見(jiàn)油泵技能來(lái)自德國(guó)及日本品牌居多，德制產(chǎn)品包含有艾克樂(lè)、弗依特、帕克、布赫等，日制產(chǎn)品包含有大金、SETIIMA及油研等。

 

面對(duì)巿面上如此多樣化的伺服節(jié)能體系產(chǎn)品，怎么尋獲更好且性價(jià)比高的產(chǎn)品，富足鑫供給一系列測(cè)驗(yàn)辦法替客戶進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。

 

伺服節(jié)能體系標(biāo)準(zhǔn)體系元件配線圖

功能檢驗(yàn)辦法

 

伺服節(jié)能體系關(guān)于注塑作業(yè)的履行，首要條件要具有精準(zhǔn)操控能力與反響的靈敏度。當(dāng)操控器宣布?jí)毫εc速度操控命令時(shí)，伺服節(jié)能體系馬達(dá)油泵組需敏捷從油箱內(nèi)將油泵吸出，以供給各單元履行的做功需求。油壓動(dòng)力體系操控功能的好壞可藉由該馬達(dá)油泵組于壓力、速度的穩(wěn)態(tài)操控能力、呼應(yīng)靈敏性及動(dòng)態(tài)呼應(yīng)操控性來(lái)判別。

 

注塑成型過(guò)程中，射膠與保壓階段為影響成型質(zhì)量最重要的兩個(gè)階段，注塑階段側(cè)重以速度操控為主、壓力約束為輔，意圖在快速完結(jié)模穴充填，速度的逾越量過(guò)大或反響時(shí)刻過(guò)長(zhǎng)皆有可能構(gòu)成產(chǎn)品的缺點(diǎn)，如應(yīng)力集中、成品粘模等。保壓階段由于熔膠已充填，僅需對(duì)熔膠的縮短進(jìn)行安穩(wěn)的補(bǔ)償，因而成型側(cè)重以壓力操控為主、速度約束為輔，盡可能防止因補(bǔ)償壓力不安穩(wěn)構(gòu)成成型密度不均一而衍生出如應(yīng)力不平等問(wèn)題。

 

伺服體系壓力與流量操控的操控功能曲線示意圖

當(dāng)伺服體系收到操控器命令時(shí)，馬達(dá)油泵立即供給所需壓力與流量需求。檢視伺服操控體系根底功能體現(xiàn)的重要參閱方針如下：1）反響時(shí)刻：表明體系從開(kāi)始動(dòng)作，瞬間反響到達(dá)設(shè)定值所需求的時(shí)刻，越快表明體系呼應(yīng)能力佳。2）逾越量：起升瞬間其最大峰值逾越預(yù)期設(shè)定值的量，逾越量越小，表明方針操控能力安穩(wěn)性高。3）瞬時(shí)呼應(yīng)：信號(hào)從起升瞬間，體系之時(shí)刻呼應(yīng)部分仍屬震動(dòng)，其所需花費(fèi)的時(shí)刻，花費(fèi)時(shí)刻越短表明體系康復(fù)安定性較敏捷，對(duì)成型周期時(shí)刻短或需極點(diǎn)地高/低壓開(kāi)關(guān)者較具操控優(yōu)勢(shì)。4）穩(wěn)態(tài)呼應(yīng)：表明瞬時(shí)呼應(yīng)消失后，所剩下之時(shí)刻呼應(yīng)部分，穩(wěn)態(tài)時(shí)刻越長(zhǎng)，表明體系繼續(xù)負(fù)載下的安定性佳。5）下降時(shí)刻：操控結(jié)束時(shí)康復(fù)至原始待機(jī)狀況下所需求的時(shí)刻，此成果也將影響當(dāng)操控切換至較低的壓力或速度時(shí)，同等切換所需求的反響時(shí)刻。6）下沖量：當(dāng)操控切換由高至較低的壓力或速度時(shí)，因馬達(dá)回轉(zhuǎn)規(guī)劃構(gòu)成的下沖成果，此操控意圖與逾越量相同，下沖量越小，方針操控能力越佳。

 

富足鑫針對(duì)巿面上伺服節(jié)能體系商所供給之伺服節(jié)能體系進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，

廠商A為富足鑫現(xiàn)在的現(xiàn)行體系

還有一個(gè)很重要的參閱方針?lè)Q之穩(wěn)態(tài)差錯(cuò)，壓力之穩(wěn)態(tài)差錯(cuò)首要來(lái)自油泵運(yùn)送時(shí)因不斷受壓力閉回路操控及齒輪泵運(yùn)送所發(fā)生的液壓動(dòng)搖等歸納因素構(gòu)成的壓力漣波現(xiàn)象，此動(dòng)搖與規(guī)劃值之差錯(cuò)體現(xiàn)稱為穩(wěn)態(tài)差錯(cuò)；速度操控穩(wěn)態(tài)差錯(cuò)體現(xiàn)亦遭到速度閉回路操控影響，上述穩(wěn)態(tài)體現(xiàn)成果都可經(jīng)過(guò)PID的調(diào)整使更安穩(wěn)輸出。

 

富足鑫依GB注塑機(jī)節(jié)能認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行廠商A、廠商B與廠商C的實(shí)模測(cè)驗(yàn)成果顯示廠商B與廠商C的實(shí)模測(cè)驗(yàn)皆有優(yōu)于廠商A的節(jié)能效果與成型的安穩(wěn)度。

節(jié)能驗(yàn)證辦法

 

伺服節(jié)能體系應(yīng)用于注塑機(jī)的確具有省能之成效，除了上述體系功能鑒定以外，當(dāng)然省能的多寡也是受關(guān)心的議題。故針對(duì)注塑機(jī)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，如歐洲Euromap 60及中國(guó)大陸GB都已制定注塑機(jī)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)測(cè)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，臺(tái)灣區(qū)域于2011年準(zhǔn)備推進(jìn)注塑機(jī)節(jié)能認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)志。

 

歐規(guī)Euromap 60注塑機(jī)能源耗費(fèi)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)清晰定義了比較特定機(jī)器的能量耗費(fèi)之測(cè)定，僅需考慮注塑機(jī)包含一具往復(fù)運(yùn)動(dòng)螺桿一注塑單元的熱塑性單元，電加熱料管及一無(wú)任何輔助的水平（臥式）鎖模單元，不包含供給機(jī)臺(tái)及模具的冷卻體系、外部空壓體系等。

 

大陸GB節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了注塑機(jī)的能耗檢測(cè)辦法、能耗等級(jí)鑒定注塑機(jī)回收和節(jié)能評(píng)價(jià)。該標(biāo)準(zhǔn)僅適用于理論打針容積大于16cm3的單螺桿。兩種標(biāo)準(zhǔn)都適用于注塑機(jī)耗能（節(jié)能）測(cè)驗(yàn)，并可用于鑒定不同伺服節(jié)能體系的能效。

 

中國(guó)大陸及歐盟注塑機(jī)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)測(cè)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)比較

趨勢(shì)

 

回憶CHINAPLAS 2011世界橡塑展，伺服節(jié)能體系已是各注塑機(jī)展商必備的基本條件，展場(chǎng)中伺服節(jié)能體系整合供貨商至少10家以上，闡明伺服節(jié)能體系技能趨于老練，且已有許多廠商投入生產(chǎn)及制作，甚至直接筆直整合。伺服體系中要害的操控適配卡也已有提出應(yīng)用之概念，若整合此技能資源亦表明伺服油泵操控技能將可自行把握。別的大型兩板機(jī)也接連被展示出，不難發(fā)現(xiàn)，伺服節(jié)能體系若用在高階大型機(jī)種其節(jié)能效益必定明顯，惟伺服馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)器等大功率需求仍待考驗(yàn)，故下階段的伺服節(jié)能體系導(dǎo)入超大型機(jī)種運(yùn)用必定是趨勢(shì)之一，其大功率伺服馬達(dá)、操控器以及大流量油泵將會(huì)是下階段的重要要害零組件。