【摘要】本文主要概述臺達(dá)伺服在注塑機(jī)上的應(yīng)用，幫助其實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

【Abstract】This article is mainly about the application of Delta's servo in injection molding machine.

【關(guān)鍵詞】伺服；注塑機(jī)；節(jié)能

【Keywords】servo;injection molding machine; energy-saving

眾所周知，橡塑行業(yè)現(xiàn)場國家列為一個(gè)重點(diǎn)裝備行業(yè)，而其中液壓注塑機(jī)的伺服化又是其中的重中之重。雖然已經(jīng)有了眾多的品牌都相繼推出了油電伺服塑機(jī)，但這不意味著油電伺服塑機(jī)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了完善的地步。因?yàn)殡S著該項(xiàng)技術(shù)的日益成熟，圍繞著油電伺服技術(shù)的外圍技術(shù)革新會進(jìn)一步挖掘油電伺服技術(shù)，使之走上更高一層。所以掌握最基本的調(diào)機(jī)技術(shù)是必須。

1  油電伺服塑機(jī)的基本動作原理

1.1  油電伺服塑機(jī)

油電系統(tǒng)，是一種液壓系統(tǒng)和電氣控制的結(jié)合體。其中液壓系統(tǒng)是流體能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量的關(guān)鍵，它主要是由液壓泵、油箱、各種換向閥（閥島）、液壓油缸、安全閥和將所有元件密閉連接的油管。圖1為油電伺服塑機(jī)基本動作示意圖。

圖1 油電伺服塑機(jī)基本動作示意圖

液壓系統(tǒng)的作用是使液壓油按照上位機(jī)指定的路徑，通過換向閥和油管達(dá)到要求的液壓缸，在液壓缸活塞遇到抵抗形成背壓時(shí)能夠迅速產(chǎn)生所需的壓力，所以液壓系統(tǒng)的密閉性（無外泄、無內(nèi)泄）和內(nèi)阻性（油路中無阻礙、各種閥的動作順暢可靠、油品質(zhì)量好）都非常好。當(dāng)然這些我們只能通過液壓的實(shí)際動作才能分析，不過我們可以首先通過外觀、動作，油路手感等方式做初步的判斷，如有懷疑必須要請塑機(jī)的生產(chǎn)維修人員協(xié)助。

電氣控制系統(tǒng)包含了上位機(jī)（電腦板）、油電伺服驅(qū)動器、必要的檢測反饋器（壓力傳感器）、油泵電機(jī)等，而其中油電伺服驅(qū)動器是做為控制液壓系統(tǒng)的最重要的直接環(huán)節(jié)，通過它驅(qū)動油泵電機(jī)使液壓泵可以為整個(gè)液壓系統(tǒng)提供液壓動力，使每個(gè)終端的液壓缸做出快速、平穩(wěn)、連續(xù)的動作，所以油電伺服驅(qū)動器與油泵電機(jī)的配合調(diào)整是整機(jī)良好性能的重要一環(huán)。

臺達(dá)VFD-VJ是一款專業(yè)的伺服液壓泵驅(qū)動器，功能專一，所以從硬件到韌體及參數(shù)都體現(xiàn)了一款專用液壓伺服驅(qū)動器的特性，主要表現(xiàn)在一下6個(gè)方面：

（1）形成壓力、流量全閉環(huán)控制模式

（2）內(nèi)置PQ控制器

（3）為同步伺服電機(jī)和異步電機(jī)提供矢量控制模式

（4）二倍的過載能力，

（5）內(nèi)置過壓檢測保護(hù)功能，為液壓系統(tǒng)提供底層的保護(hù)

（6）驅(qū)動器強(qiáng)勁的冷卻風(fēng)扇，適用于高溫環(huán)境

1.2 VFD-VJ的電控架構(gòu)

    VFD-VJ的電控架構(gòu)如圖2所示。

2.3 VFD-VJ的控制線路配線

   VFD-VJ的控制線路配線圖如圖3所示。

圖3 VFD-VJ的控制線路配線圖

如圖所示，還需注意在安裝過程中其壓力及流量模擬信號線接入要求，具體有以下幾點(diǎn)：首先，使用二芯屏蔽線；其次，線長最好不超1米；第三，行線避開交流動力線或減少平行行線；第四，屏蔽線根據(jù)實(shí)際情況做單端或雙端接地；第五，如VJ及整個(gè)電氣控制柜做了良好有效接地處理，可將ACM做接地處理；最后，可加裝磁環(huán)加強(qiáng)抗干擾能力。

2.4 VFD-VJ動力線路配線圖

    VFD-VJ動力線路配線如圖4所示。

圖4 VFD-VJ動力線路配線

 在實(shí)際應(yīng)用情況下，VFD-VJ動力線路接線有以下要求：首先，動力線的平方數(shù)必須附合相應(yīng)的允流標(biāo)準(zhǔn)；其次，接地線應(yīng)為動力線平方數(shù)的1.5倍，至少不得動力線平方數(shù)；第三，進(jìn)相接地與輸出接地不得混接或不接；第四，進(jìn)出相動力線最好安裝磁環(huán)，減少電磁雜波。

2.5 電機(jī)溫度保護(hù)線路

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，我們推薦使用KTY84溫度控制方式，因?yàn)榉答伿蔷€性信號，易于根據(jù)實(shí)際情況做出控制；另外，KTY84方式的分壓電阻≥2KΩ。值得注意的是，在布線中還需要重復(fù)一遍在開始調(diào)機(jī)前的準(zhǔn)備工作，例如，確認(rèn)驅(qū)動器及電機(jī)的安裝質(zhì)量，動力（接地）線、控制線等線纜的產(chǎn)品質(zhì)量及配裝質(zhì)量；液壓系統(tǒng)的各接口的密閉性，安全閥打開，各換向閥動作正確；調(diào)機(jī)所需工具確認(rèn)；USB轉(zhuǎn)485通訊接口是IFD6500，如圖6所示；另外，所用的監(jiān)控軟件應(yīng)該是VFD Explorer，如圖7。

圖6 通訊接口為IFD6500的USB

（1）波形窗口；（2）監(jiān)控曲線（參數(shù)）選擇；（3）KeyPad操作界面；

（4）I/O端子狀態(tài)顯示；（5）驅(qū)動器參數(shù)；（6）獲取驅(qū)動器參數(shù)

2 具體調(diào)機(jī)步驟

2.1 基本參數(shù)輸入階段

圖7 調(diào)機(jī)參數(shù)

2.2 電機(jī)自學(xué)習(xí)及試運(yùn)行階段

圖8 電機(jī)自學(xué)習(xí)及試運(yùn)行參數(shù)

2.3聯(lián)機(jī)調(diào)試階段

首先修改控制模式：00-09=1為壓力全閉環(huán)控制模式。圖9為相關(guān)參數(shù)設(shè)定。

圖9 聯(lián)機(jī)調(diào)試參數(shù)

這樣基本控制參數(shù)設(shè)定完畢。接下來開始調(diào)試工藝控制參數(shù)，包括了壓力過壓檢測準(zhǔn)位、底壓、泄壓轉(zhuǎn)速和壓力控制的PID調(diào)整，其中最關(guān)鍵的是PID調(diào)整。

壓力過壓檢測準(zhǔn)位00-35：起到軟安全閥的作用，等同于液壓系統(tǒng)中安全閥，如用戶無特殊要求，可默認(rèn)出廠值。

底壓00-27，作用有二個(gè)：其一，為保證油路處于充油狀態(tài)，可使油缸迅速動作；另外，某些液壓泵需要保持一個(gè)較低的啟始轉(zhuǎn)速，并易于其內(nèi)部潤滑。可根據(jù)用戶實(shí)際需要設(shè)置該參數(shù)。另外也可通過設(shè)置該參數(shù)起到抑制“零漂”的作用。

泄壓轉(zhuǎn)速00-28：它的設(shè)定值決定了液壓系統(tǒng)的泄壓速度，但也受限于液壓泵不能高速且長時(shí)反轉(zhuǎn)，所以該值不易過大。

此外，VFD-VJ有兩種PID控制方式：三段式（默認(rèn)）和三組式；通過參數(shù)可做出選擇。

表1 VFD-VJ的PID控制參數(shù)設(shè)置

因?yàn)槿问絇ID控制可以滿足多數(shù)的塑機(jī)應(yīng)用，所以本文仍以三段式PID應(yīng)用為主。圖10是該方式的控制圖。

圖10 三段式PID控制

這種方式是將壓力控制分為三個(gè)不同的階段，用PID1、PID2及PID3對各自的階段進(jìn)行處理，涉及到參數(shù)如表2。

表2 PID三段參數(shù)

其中重點(diǎn)調(diào)整的P2和I2，這兩個(gè)參數(shù)關(guān)系到注塑機(jī)保壓成型階段的壓力穩(wěn)定特性，對產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的影響。P1、I1兩個(gè)參數(shù)主要負(fù)責(zé)壓力還未建立起來時(shí)，電機(jī)（油泵）大轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的響應(yīng)，與P2、I2的配合可使壓力建立的時(shí)間（從液壓油被泵出到達(dá)到指定的保壓壓力的時(shí)間）達(dá)到150ms及以內(nèi)。P3、I3是用來控制實(shí)際壓力超過壓力穩(wěn)定區(qū)后的狀態(tài)，因?yàn)閂FD-VJ極好的控制特性，從未沒有出現(xiàn)過這種失控的狀態(tài)，所以這兩個(gè)參數(shù)一般不需調(diào)整。我們來看一下PID控制下的幾種常見的壓力曲線。

圖11 PID控制常見曲線

相較于理想中的適當(dāng)形態(tài)，在實(shí)際中右側(cè)的這種震蕩形態(tài)更為常見。一般調(diào)試過程是先P（增益）后I（積分）無微分的順序。重點(diǎn)對P2、I2進(jìn)行調(diào)整。通過P2來抑制壓力過沖的幅度，I2來控制震蕩周期，得到一個(gè)最接近理想化的圖形。下面是在寧波某客戶調(diào)機(jī)時(shí)，PID調(diào)整前后的對比圖，圖11是未做PID參數(shù)調(diào)整時(shí)，壓力曲線。P2、I2使用驅(qū)動器默認(rèn)設(shè)定值；圖12是修正PID后的壓力曲線，達(dá)到實(shí)際加工時(shí)壓力保持要求，震蕩幅度不大于0.4KG，速度響應(yīng)時(shí)間不大于40ms，壓力建立時(shí)間小于160ms，在控制效果上明顯好與競品。

圖11 PID調(diào)整前，壓力曲線

圖12 PID調(diào)整后，壓力曲線

至此，一個(gè)完整VFD-VJ在注塑機(jī)上的調(diào)機(jī)過程結(jié)束。通過數(shù)十家塑機(jī)廠的長時(shí)間應(yīng)用及反饋信息上看，調(diào)試過程在簡易性、易控性和控制效果上明顯好于其它品牌。

3 總結(jié)

通過實(shí)踐證明，VFD-VJ油電伺服驅(qū)動器在注塑機(jī)上使用，可以幫助用戶達(dá)到節(jié)能降耗的目的。根據(jù)不同的材質(zhì)和注塑工藝要求，平均節(jié)能率在40%～75%之間，并且可以與目前市場上常見的國內(nèi)外各種品牌的油泵和同步伺服電機(jī)進(jìn)行匹配使用。

作者簡介：

張文濤，生于1973年3月，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，電氣工程及其自動化專業(yè)?，F(xiàn)任中達(dá)電通股份高級應(yīng)用工程師，從事變頻器產(chǎn)品的機(jī)床行業(yè)及塑機(jī)行業(yè)的企劃，新產(chǎn)品測試，完善并協(xié)助營銷推廣。