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异步伺服控制器在压铸机节能上的应用

作者:admin 来源:原创 发表时间:2019-02-16
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扬州瑞立胜赛思精密压铸有限公司 邹明高
                                           
 
一、 压铸机工作原理及使用现状
压铸(压力铸造)是将熔融金属(或其它介质),以高速充填模具型腔,并在高压的作用下,使熔融金属(或其它介质)凝固,而形成铸件的一种方法。目前绝大多数压铸机都采用液压传动型,液压传动系统中的动力(压力和流量)由电动机带动油泵提供,在各种各样电磁阀及油缸的共同作用下,完成压铸机合模→注汤→压射→增压→保压→冷却→开模→顶出→取件→喷淋→顶退等一系列的动作,完成产品的铸造过程。而在每个产品的铸造过程中,各个工序所需要的压力和流量都不同。也就是说,压铸机在产品铸造过程中,其负荷一直处于变化状态。除了高压锁模、蓄能器储能需要较大压力和流量外,其它工序都处于较小压力和流量。而标准型压铸机电机及液压泵的配备都是按最大负荷来选择的。并且电机始终以工频频率运行,而配套的油泵也采用定量泵,其输出的压力和流量也是不可调节的。为了适应压铸机各个工序下不同的压力、流量需求,只能靠比例阀(伺服阀)的开度来控制流量和压力,虽然达到了压铸机控制要求,但阀门开度调节使系统的阻力增加,而且多余的压力和流量只能通过溢流阀泄荷。这样势必造成油路磨损大,油温升高,电机噪音大,机械寿命缩短等现象,而更为严重的是造成大量电能的浪费。
 

 
图1是压铸机在一个生产周期内各工序动作过程,从图中可以看出在一个生产周期内,只有高压合模及蓄能器充能过程负荷较大,其余都处于泄荷状态。国外科研机构利用智能监测平台,对压铸机生产在泄荷状态和非泄荷状态下,各工序压力、流量、进行检测、调整,并保证实际检测值与压铸机给出值一致,检测两种状态电耗并绘制压铸机节电效果图,从图2中可以看出其节电率可在20-70%,
           
 
                                     
因此,做好压铸机节能改造,对于减少能源浪费,提高企业竞争力具有十分重要的意义。
 
二、 压铸机节能的依据及发展历程
在压铸机生产过程中,由于不同工序所需的流量和压力不同,而电机和油泵的功率又不可调节,因此多余的压力和流量只能通过比例阀(伺服阀)调整后供压铸机使用,而多余的压力、流量通过溢流阀泄荷。而这部分泄荷的能量,正是压铸机节约的能量所在,正是压铸机节能改造的基本依据。
 
由《流体力学》、《泵与风机工作原理》可知:泵的流量与转速的一次方成正比(Q=K1n),泵的压力与转速的二次方成正比(P=K2n2),泵消耗的功率与转速的三次方成正比(N=K3n3)。因此通过降低电机的转速即可改变泵的流量、压力、功耗,这样就可以把比例阀(伺服阀)开度调节后,泄流阀的泄流降为零,在保证正常生产工艺的情况下,达到最大的节能。
 
由电动机工作原理可知:电机的转速与电源频率关系为n=60f/p。其中f为电源的频率,p为电机磁极对数,在电机磁极对数一定的情况下,P为定值。因此,只要改变电源频率,就可改变电机的转速,达到节流、降压的目的。
 
随着电子技术发展和大功率模块(IGBT)的使用,电子变频技术日趋成熟,使用更加广泛,但第一代变频技术用于压铸机节能时,由于采用开环恒压比(V/F)的控制方式,低频起动转矩小、响应速度慢、无反馈、性能不稳定、生产效率低下等缺点,因此,在压铸机节能上被淘汰。第二代压铸机节能采用同步伺服节能技术,即用同步电机代替原使用异步电动机+齿轮泵+同步伺服控制系统,实现闭环控制。其控制速度、系统的稳定性、节电率等指标大为提高。但一次投资太大,同时由于同步电机、齿轮泵对使用环境要求比较高,较难适应压铸行业高温、高湿、金属粉尘大的环境,故障率高。而且一旦发生故障,维修困难,价格较高,易造成停产损失。无法大面积推广使用而夭折。第三代压铸节能采用异步伺服控制系统,即在原压铸机异步电机的基础上,增加异步伺服控制系统,通过对系统压力和流量的双重检测,经过PID控制方法,实行闭环控制,压力、流量控制迅速、精准,生产效率提高。不用更换电机和油泵,不改变油路结构的情况下,就能达到良好的节电效果。
 
三、 异步伺服控制器的使用及节能效果
深圳蓝海华腾技术股份有限公司,由原华为、艾默生变频器研发核心团队在2006年创立。致力于变频器、伺服控制器等产品的研发、生产、销售和服务的国家高新技术企业。公司节能事业部有一支专业团队,十几年如一日,一直把压铸机节能作为孜孜以求的目标,生产了专用于压铸机、注塑机、及其它液压机械的异步伺服控制器(VY-JY-4T),并且不断探索和改进。深圳蓝海华腾伺服节能控制器,它不仅保留原压铸机液压系统的高度稳定性、通用性的特点,而且在不改变电机、油泵、油路系统的情况下,实现最大节能。同时具备以下优点:
1. 能够保证压铸机原有的生产效率和系统压力的稳定性。
2. 具备“伺服节能与工频旁路备用”的切换功能,在异步伺服节能发生故障时,切换至工频运行,不影响正常生产,安全性高。
3. 采用独特的冷却风道设计,所有电子元器件与散热部件完全独立隔开,宽电压范围和严格的防尘设计,对恶劣电网、高温高湿和粉尘有较强的适应能力,极大提高产品可靠性。
4. 投资少、性价比高。异步电机、油泵维修容易,不需要外挂编码器。故障率低。
5. 采用了软起动技术,使电机起动电流在额定电流范围内,平稳起动,减少电机对电网的冲击。
同时在软件控制技术上实现了三个方面突破:1:闭环反馈。2:低速大转矩。3:响应速度从1s提高到0.1s。因此在压铸机节能中可以做到精度高、动态响应快、液压系统稳定、能够保证生产效率。
设备安装简单,只要按图3的方法把伺服控制器接入压铸机主线路中, 
 
                           
把压铸机P—Q控制阀中压力、流量调整阀手动调至最大值,再把压铸主机控制系统输出的压力、流量信号,作为异步伺服控制器的给定信号,同时在压铸机P—Q控制阀后,增设一只压力传感。并将压力传感器检测信号作为反馈信号,输入到异步伺服控制器中。
 
     使用效果:扬州瑞立胜赛思精密压铸有限公司于2018年10月在压铸机安装使用三台异步伺服控制器,分别为7#力劲400T、14#力劲500T及19#日本东洋900T压铸机。
             
          
 
经过一段时间的使用,在性能稳定的前提下,对压铸机的相关技术、经济指标进行检测,其结果如下:
 
7#压铸机异步伺服节能测试报告
 
                                   
 
 
 
 
   从检测结果来看:伺服控制器使用前后生产节拍正常、系统建压迅速稳定,流量达标,满足生产工艺要求。液压油温度普遍下降3-5度。三台压铸机的节电率分别达到74.7%、67%、33.3%,节电效果十分显著。以力劲500T压铸机为例,VY-YJ-4T45G伺服控制器全年使用按6000小时计算,全年节省电费6000小时×(12-4.1)KWH×0.78元/kwh=36972元,经济效益十分显著。
 
四:伺服控制器使用注意事项及努力方向
1:在节电器安装使用前,对压铸机及其它液压设备进行系统检查(润滑系统是否正常,大杠铜套、动模铜脚板是否磨损,动、定模板平行度是否达标,油泵及传动电机声音是否正常,有无异常震动,各种油缸动作是否灵活),确保伺服控制器在投入使用前,设备处于完好状态,避免因设备本身问题,造成伺服控制器报警保护及意外损坏。
2:异步伺服控制器采用IGBT大功率电子元件制做,各种保护功能齐全。一旦压铸机由于机械部分或液压传动部分问题,由于原电机采用热继电过载保护,而热继电器过载保护具有延迟性,只有当过载持续一定时间后才能动作保护,而异步伺服控制器,动作十分灵敏,一旦发生过载就进入保护,机床无动作,操作工就认为伺服放大器故障,其实不然。此时只要关闭伺服控制器电源,重新启动一下即可。
3:从伺服控制器使用情况来看:在国产压铸机使用异步伺服控制器,其节电率远大于进口机。从设备配制上来看,国产压铸机主要部件如油泵、系统压力、流量调节阀、逻辑控制阀一般都采用进口部件,但节电率相差如此之大,莫非是油路设计不够合理、制造粗糙等原因造成。希国内压铸生产单位能从压铸机节能为突破口,提升国产压铸机节能水平及机械制造水平,为生产世界一流压铸机械而努力奋斗。
 
 
 
 
                                   
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