信鑫经验来说说——注塑机节能改造方案原理分析

　　随着这几年原材料成本的不断上升，生意也越来越难做，企业利润空间被压缩，而占企业支出比例越来越大的能源消耗也开始被老板所重视，特别是很多中小制造企业的老板感叹，电费都快交不起了。中国早期很多机电设备并没有考虑节能减排，或者出于短期利益的考虑，没有选择价格昂贵的节能设备，以致生产工艺流程中存在许多空载运行的情况，白白浪费了很多能源，而这一部分浪费随着产业利润降低，企业老板也不得不想方设法考虑长效节能的方式降低成本支出。国家各项政策都在大力推进节能降耗，为进一步可持续发展深入推动。

　　注塑行业就是一个典型的存在严重能源浪费的行业，几乎所有相关企业都存在这个问题，注塑机耗电高，企业用电也居高不下，部分地区，特别是注塑机集中地区，整体用电甚至占到整个地区工业用电的百分之六十以上，而这其中，电能浪费最严重的老式注塑机就占比高达百分之八十以上。

　　注塑机节能

　　目前，注塑工艺已经被广泛应用于国民经济的各个部门及人们生活的各个领域，在国民经济中日益显现出重要的作用。我国注塑行业正处于快速发展阶段，在高度提倡节能减排的今天，注塑机节能减排已经迫在眉睫，徕卡注塑机节能改造主要有以下三种思路：

　　一是注塑机电机部分改伺服，而这其中又分为几个小类别，这也是本文介绍的重点；

　　二是对注塑机加热料筒采用新的加热方式；

　　三是将注塑机加热部分的多余热量回收利用到烘料。

　　第一种思路是注塑机节能常见方式，也是最主要方式，差不多占注塑机总能量损耗的百分之八十以上，注塑机电机改伺服又可以分为异步伺服和同步伺服，以及对应的开环控制和闭环控制。现就市面占比80%以上的定量泵注塑机采用不同的伺服改造方案进行说明，并做一些简单分析：

　　注塑机的生产周期原理是：合模-注射-保压-回料-冷却-开模-顶出。定量泵注塑机设计时电机的功率是按照各个原理动作的最大消耗功率来进行设计的，其中以高速高压的动作的能耗为最大。但实际生产中，由于产品的表面精度的要求，往往产品不适合高速高压成型，因此通常情况下注塑机电机的平均负载只有60%，个别情况甚至只有40%。注塑机并不会根据负载不同调整输出能量，大部分能量作了大量的无用功，因此能量损失巨大。

　　A、注塑机异步伺服节能改造方案

　　①开环控制；此方案是将注塑机流量与压力信号串联入伺服器信号板，部分注塑机仅有压力信号，伺服器选择数值比较大的信号作为参考。节能原理是通过自动检测生产过程中的所有阶段（合模、注塑、保压、回料、冷却、开模、顶出）的压力和流量设定，计算出对应的比例控制信号输出给伺服器，伺服器根据接收的控制信号后，动态地调整电机转速以保证油泵输出的液压油尽可能少地产生无功回流。

　　分析：此方案为注塑机节能改造最简单的方式，无需任何其他配件，普通电工即可完成。改造后，注塑机电机输出变成可调式控制方式，泵输出的流量是可变的，注塑机没有动作时，特别是冷却时间，电机可以完全停止运行，通过测试，冷却时间20秒左右的注塑机经此方案改造后节能30%。

　　②闭环控制；此方案在开环控制基础上增加一路油压检测信号作为反馈源，形成闭环控制。相比开环控制，比例控制信号所对应的电机转速更准确，电机速度响应也会更迅速

　　分析：此方案需要在注塑机输出油缸上安装油压传感器，部分注塑机可能还需要钻孔，相对比较麻烦，非专业人士不建议操作。以上述冷却时间20秒注塑机为例，节能相比开环控制增加10%，达到40%。

　　③工变频切换；此种方案是在前两种方案基础上增加工变频切换组件，实现节电和市电可以相互切换，只是功能上的增加，对节能没有影响。如下图两种产品：

　　分析：伺服器一般是单机，壁挂式安装，增加工变频切换功能可以做成立式的一体柜，无需固定；再有，部分客户会担心伺服器故障时可能会耽误工作效率，而一体柜可以随时切换到非节电的市电模式，免除客户担忧。当然，成本也会增加点。

　　B、注塑机同步伺服改造方案

　　此方案可以理解为异步伺服方案的再次升级。

　　注塑机同步伺服

　　①开环控制；在异步伺服开环控制基础上，更换三相交流异步电机为三相交流同步电机，伺服器需支持同步电机驱动，接线与异步伺服基本一致。

　　分析：同步电机相比异步电机优点，功率因素更高，矢量控制性能更好。此方案除异步电机更换同步电机外，注塑机本身的油泵和油路都要进行相应改动，操作复杂，成本也较高。还是以之前的注塑机为例，节能大约40%。

　　②闭环控制；在上述方案基础上增加油压检测信号作为反馈源形成闭环控制；或者电机增加旋转编码器，编码器信号作为矢量控制本身的反馈源形成闭环控制；或者两种方式都采用形成双闭环控制。接线与异步伺服基本一致。

　　分析：按之前的注塑机为例，单一的闭环控制节能大概在50%，双闭环可以做到节能接近60%。当然，此种方案的改造成本更高，部分场合已经相当于注塑机本身一半的成本了。现在市面上各品牌注塑机，比如市场占有量很高的海天注塑机，现在推出的新品注塑机设备已经有很大一部分采用同步电机加闭环控制的方案了。

　　注塑机节能改造的原理说到底就是极尽可能的减少电机无用功的损耗和加热部分的热量回收利用。所以，针对市面上占比超过80%的老式注塑机，注塑机异步伺服改造方案无疑是最具性价比也是最简单的方案了，随着近几年国内变频器技术的成熟，早已从最初的电机VF控制转变到电机精准的矢量控制，技术的进步带来的必将是产品性能更好，质量更稳定，操作更简单，节能更明显。

　　下面是关于注塑机伺服节能改造中常见几个问题的解释：

　　一、变频器和伺服器是不是一回事？

　　解答：注塑机节能改造中有变频器和伺服器一说，很多人认为是两种不同的设备，其实二者没有区别，目的都是通过电机调速的方式节能，或者可以理解为伺服器是高配版的变频器，常见通用型变频器过载能力只有150%，不能直接接入注塑机0-1A信号，而注塑机专用伺服器（注塑机专用变频器）放大了一定功率，过载能力可以达到200%，配置了专用信号板，内置参数进行了优化设定。通用型变频器放大功率等级选用和加装信号板，并设定参数也同样可以实现与注塑机伺服器一样的节能效果，只是成本和时间精力不划算。

　　二、伺服器加装制动单元和刹车电阻有没有必要？

　　解答：部分厂家在注塑机节能改造时会为伺服器加装制动单元和刹车电阻，目的是让电机在没有动作时快速停止，经本公司技术人员实际测试，这种方式并没有产生实质性节能效果，快速停止回收的能量都被刹车电阻吸收发热散失了，并没有二次利用，不存在节能效果，只会增加节能改造成本。

　　三、变频器和星三角降压启动不冲突吗？

　　解答：加装伺服器时，需要把伺服器串在电机原有星三角降压启动前面（见前文接线图），只把角接接触器常开点接入变频器，或者干脆不接。有点电气常识的人都会知道变频器与电机之间不建议有开关比如接触器什么的，否则操作不当，变频器很容易烧坏，而变频器带电机相当于软启动，电流的限制速度不会很快。串在星三角启动前面这不是违反操作？注塑机启动会不会因为提速慢而影响工作效率？

　　先回答第一个问题，降压启动电路是先有星接接触器启动电机，电机星形接法启动电流不大，变频器在过载能力范围内也可以承受，后在瞬间转换角接接触器时，电机已经有一定速度，此时变频器通过角接驱动电机已经不需要很大的电流加速，也不会过载，所以不存在使用不当的问题；

　　第二个问题，变频器驱动电机从0hz加速到50hz是需要时间的，时间的长短取决于负载的大小和变频器本身的驱动电流，注塑机启动属于带载启动，但变频器也放大了一定功率，在加上启动过程电机是星形接法，加速时间可以极大的缩短，部分设备甚至可以到1s以内（当然也很少有设备需要设定这么短的时间），所以基本不会影响工作效率。