1 引言
我國已持續(xù)近兩年的電力供應(yīng)短缺的現(xiàn)象，到2004年形勢更加嚴(yán)峻，上半年出現(xiàn)拉閘限電的省市區(qū)已經(jīng)達(dá)到24個(gè)。今年上半年，電力需求受9.7%GDP增長的拉動，繼續(xù)高速增長，并呈“工業(yè)用電繼續(xù)保持快速增長，高耗電行業(yè)用電增長居高不下”的特征。而電力供應(yīng)能力則增加有限，出現(xiàn)電力持續(xù)供應(yīng)不足的局面，致使電力供需矛盾緊張，缺電范圍和持續(xù)缺電地區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大。
我國是世界鞋業(yè)制造大國，制鞋企業(yè)約有2萬多家，其中福建是全國重要的塑料制鞋基地，每年鞋的產(chǎn)量和出口均名列前茅，泉州市先后引進(jìn)1000多條制鞋流水線，晉江市是著名的“中國鞋都”，從皮革、鞋材、化工原料、數(shù)字制模都有專業(yè)廠家，現(xiàn)擁有鞋業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)3000多家，年產(chǎn)量7億多雙……
限電拉閘，已經(jīng)嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。今年1～7月，塑料成本的增長，使得中國塑料制造業(yè)競爭日益激烈。節(jié)能作為企業(yè)增效降耗、降低經(jīng)營成本、提高競爭力的重要手段，已經(jīng)顯得特別有意義，并逐步的被人們所認(rèn)識和接受。
2 全自動圓盤式塑膠類射出成型機(jī)的工作原理
眾所周知，國內(nèi)有大量臥式注塑機(jī)變頻節(jié)能改造的成功案例。制鞋企業(yè)的全自動圓盤式塑膠類射出成型機(jī)，是制鞋企業(yè)中主要的一種常見用電設(shè)備，人稱電老虎。我國是制鞋大國，有大量的制鞋設(shè)備，而目前涉及節(jié)能改造的單位比較少，主要原因是人們對全自動圓盤式塑膠類射出成型機(jī)的工作原理不太熟悉。
2.1 全自動圓盤式塑膠類射出成型機(jī)的機(jī)械特點(diǎn)
全自動圓盤式塑膠類射出成型機(jī)(以下簡稱:圓盤機(jī))
（1) 本機(jī)械專用于生產(chǎn)各類高級單色、雙色和三色的運(yùn)動鞋、休閑鞋鞋底，男女童鞋底等產(chǎn)品。
（2) 原料適用于生產(chǎn)發(fā)泡等各種熱可塑性之原料，如PVC、TPR等。
（3) 本機(jī)以電腦程序(單片機(jī)、PLC)控制，主、副機(jī)控制精確，操作簡單，保養(yǎng)容易。
2.2 圓盤機(jī)與傳統(tǒng)的臥式注塑機(jī)的比較
(1) 液壓馬達(dá)
臥式注塑機(jī)和圓盤機(jī)的油泵都是定量泵。注塑過程中，油泵壓力高低變化頻繁，其中低壓維持過程的傳統(tǒng)處理方式是通過比例閥泄壓，而電機(jī)一直在工頻下全速運(yùn)行。電能浪費(fèi)非常嚴(yán)重。
(2) 圓盤機(jī)的機(jī)型分類
按圓盤機(jī)的機(jī)型分，分為單色機(jī)和雙色機(jī)、三色機(jī)等機(jī)型。
其中單色機(jī)只有一臺主機(jī)，與臥式注塑機(jī)類似。
雙色機(jī)有一臺主機(jī)和一臺副機(jī)組成。副機(jī)負(fù)責(zé)射膠、熔膠、上模、下模等動作，主機(jī)包含了副機(jī)的動作，且多了一個(gè)圓盤旋轉(zhuǎn)的動作，實(shí)現(xiàn)模具的移動和定位。
三色機(jī)有一臺主機(jī)和兩臺副機(jī)組成。
(3) 模具數(shù)量
臥式注塑機(jī)一般只有一套模具在工作，生產(chǎn)工藝在變更時(shí)，需要更換模具。
圓盤機(jī)按機(jī)型不同，模具的數(shù)量也不同，一般有18、20、24、30套模具。根據(jù)生產(chǎn)工藝，通過控制面板，設(shè)定模位使用有效與否。如:TY-322機(jī)型，24站模位(可安裝24個(gè)模具)，生產(chǎn)中可按需要靈活選定全部或部分模具為有效模位)。圓盤機(jī)工作時(shí)，大轉(zhuǎn)盤執(zhí)行高速順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)動作，PLC或單片機(jī)執(zhí)行程序的運(yùn)算，當(dāng)只有檢測到有效模位時(shí)，PLC或單片機(jī)掃描到有減速信號時(shí)，轉(zhuǎn)盤開始減速。到達(dá)定位信號時(shí)，轉(zhuǎn)盤進(jìn)行精確定位。否則，如果沒有檢測到有效模位時(shí)，大轉(zhuǎn)盤一直旋轉(zhuǎn)至下一有效模位。
臥式注塑機(jī)只要有鎖�；蜷_模信號，就會執(zhí)行相關(guān)動作。
(4) 壓力調(diào)整方式
臥式注塑機(jī)和圓盤機(jī)的壓力調(diào)整方式都是壓力比例控制方式，但圓盤機(jī)(模具較多)各模射料壓力可以通過控制面板進(jìn)行獨(dú)立設(shè)定，適用于不同射出量的產(chǎn)品制造。
臥式注塑機(jī)生產(chǎn)每一產(chǎn)品，相關(guān)參數(shù)均一致。
(5) 模具工作方式
臥式注塑機(jī)工作時(shí)，固定模是不動的，只有活動模在有指令時(shí)執(zhí)行左右鎖�；蜷_模，呈左右直線運(yùn)動。
圓盤機(jī)工作時(shí)，固定模具和活動模具由大轉(zhuǎn)盤移動、定位。有鎖模和開模指令時(shí)，油缸執(zhí)行上升或下降動作。取產(chǎn)品時(shí)，由操作人員人為的打開活動模具，取出產(chǎn)品。
(6) 圓盤(轉(zhuǎn)盤)
全自動圓盤式塑膠類射出成型機(jī)因轉(zhuǎn)盤是圓形而得名，簡稱圓盤機(jī)(鞋底機(jī))。在圓盤上等分了若干等份。如TY-322被等分成了24個(gè)模位。
若主機(jī)和副機(jī)都沒有檢測到有效模位時(shí)，并且主機(jī)和副機(jī)都處于開模狀時(shí)，PLC或單片機(jī)發(fā)出指令，圓盤由主機(jī)提供壓力，進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)。系統(tǒng)自動檢測到有效模位，圓盤進(jìn)行減速后精確定位。
(7) 冷卻方式
傳統(tǒng)的臥式注塑機(jī)有“冷卻時(shí)間”這個(gè)概念，模具上安裝了冷卻水循環(huán)，目的是保護(hù)模具和產(chǎn)品的冷卻。
圓盤機(jī)則不同，它沒有冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，因?yàn)楫a(chǎn)品成型后，圓盤機(jī)本身的轉(zhuǎn)盤有一段時(shí)間處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)或待機(jī)狀態(tài)，另外機(jī)器上安裝有幾臺冷卻風(fēng)機(jī)，對模具和產(chǎn)品進(jìn)行冷卻。
2.3 圓盤機(jī)工作原理
圓盤機(jī)的注塑過程中的鎖模、射料、熔膠、開模、圓盤快慢速等各個(gè)動作，對速度、壓力的要求都不一樣，它們由控制面板上的比例值設(shè)定，如:P1設(shè)定關(guān)模壓、P2設(shè)定射料一次壓、P3設(shè)定射料二次壓、P4設(shè)定進(jìn)料壓。當(dāng)圓盤機(jī)的流量壓力需求發(fā)生變化時(shí)，由設(shè)在油泵出口的比例閥(溢流閥)來調(diào)節(jié)負(fù)載壓力和流量，將多余的油高壓溢流回油箱。
單色圓盤機(jī)只有一臺主機(jī)，主要向系統(tǒng)提供壓力，完成射膠熔膠動作及鎖模開模動作，另外控制一個(gè)轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)，完成模具的移動與定位。
雙色機(jī)有主機(jī)、副機(jī)之分。它們主要由加熱、射膠、熔膠系統(tǒng)、鎖模系統(tǒng)組成。三色機(jī)則與雙色機(jī)類似，它有一臺主機(jī)，兩臺副機(jī)組成。主機(jī)負(fù)責(zé)圓盤的旋轉(zhuǎn)及定位。
圓盤機(jī)工作時(shí)分手動運(yùn)行和自動運(yùn)行兩部分。
手動運(yùn)行時(shí)，操作人員必須提供相應(yīng)的命令，圓盤機(jī)才會完成相應(yīng)的動作。如射膠、熔膠、上模、下模、圓盤旋轉(zhuǎn)等動作。
自動運(yùn)行時(shí)，各模位選用完成，進(jìn)料量壓力、時(shí)間都設(shè)定完成且料管溫度加熱已到達(dá)后，將主機(jī)油泵啟動，將手動、自動開鎖切換至自動位置，按一次自動啟動按鍵即可進(jìn)行自動操作，完成全部步驟。
(1) 如果現(xiàn)在模位有使用，按自動啟動鍵后，進(jìn)料量為這模的設(shè)定量。若進(jìn)料未達(dá)到設(shè)定量，而有鎖模的動作。只允許快速鎖模動作，等進(jìn)料到達(dá)設(shè)定量后才有慢速鎖模動作。鎖模停止后，執(zhí)行射料、開模動作。
(2) 若現(xiàn)在模位不使用，按自動啟動鍵，則圓盤運(yùn)行往下一有使用的模位，且進(jìn)料的進(jìn)料量到達(dá)，也以下一有使用的模位之設(shè)定量執(zhí)行進(jìn)料動作，轉(zhuǎn)盤定位后，快速鎖模(用時(shí)間設(shè)定)，計(jì)時(shí)止，且進(jìn)料時(shí)到達(dá)，執(zhí)行慢速鎖模，鎖模停止后執(zhí)行射料、開模動作。
(3) 主副機(jī)同時(shí)使用時(shí)，須等主、副機(jī)自動動作皆完成至開模止，圓盤才運(yùn)行并旋轉(zhuǎn)至下一使用模位。
(4) 轉(zhuǎn)盤暫停在圓盤“慢速點(diǎn)”前動作時(shí)，圓盤即在“慢速點(diǎn)”檢出，慢速至定位停止。若該模位有使用，定位后，這模動作會做鎖模等動作至開模為止。轉(zhuǎn)盤即不動作，但進(jìn)料動作，會執(zhí)行下一使用模次的進(jìn)料，將轉(zhuǎn)盤暫停解除(順時(shí)針旋轉(zhuǎn))圓盤即往下一模位移動。如果這模位未使用，則圓盤即在最近一模執(zhí)行定位，直到解除轉(zhuǎn)盤暫停，方往下一模移動。
(5) 在自動運(yùn)行中，將自動狀態(tài)切回手動狀態(tài)，除圓盤會執(zhí)行慢速定位的動作外(圓盤在運(yùn)行中作此切換)其他動作及時(shí)停止�？捎檬謩硬僮鲝�(fù)位。
2.4 圓盤機(jī)的電能消耗主要表現(xiàn)
圓盤機(jī)的電能消耗主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)部分:
(1) 液壓系統(tǒng)油泵的電能消耗;
(2) 加熱器的電能消耗;
(3) 冷卻風(fēng)機(jī)。
對于制鞋企業(yè)來說，電耗是其生產(chǎn)成本的主要部分，上述電能消耗中，液壓油泵的用電量占整個(gè)圓盤機(jī)用電量的80%左右，所以降低其耗電量是圓盤機(jī)節(jié)能的關(guān)鍵。
3 圓盤機(jī)節(jié)電原理
圓盤機(jī)動作內(nèi)部有著十分劇烈的突變過程，對機(jī)器的沖擊非常大，影響了整個(gè)注塑系統(tǒng)的壽命。目前國內(nèi)制鞋企業(yè)中，有大量舊設(shè)備，自動化程度低，能耗大。機(jī)器一般按最大的生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)，其實(shí)在生產(chǎn)時(shí)往往用不了那么大的功率。油泵馬達(dá)的轉(zhuǎn)速保持不變，所以輸出功率幾乎也是不變的，生產(chǎn)中存在大馬拉小車的現(xiàn)象。因此造成大量能量浪費(fèi)。
由于圓盤機(jī)特有的主、副機(jī)及旋轉(zhuǎn)式模具的特性，生產(chǎn)時(shí)，往往使用到的有效模位沒有那么多，如:TY-322機(jī)型，24套模具，有時(shí)只用了10幾套，在試機(jī)、打樣時(shí)用到的模具甚至更少，這就決定了主副機(jī)經(jīng)常處于長時(shí)間的待機(jī)狀態(tài)。副機(jī)只有檢測到有效模位時(shí)，才執(zhí)行動作。在圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，副機(jī)不做任何動作，而平時(shí)，電機(jī)卻仍然一直工作于額定轉(zhuǎn)速，這時(shí)候的高壓溢流部分不僅未作任何有用功，而且產(chǎn)生熱量，造成液壓油發(fā)熱，既耗能，又有害。
我們采用圓盤機(jī)無傳感器矢量控制變頻器技術(shù)，變頻器實(shí)時(shí)的檢測來自圓盤機(jī)電腦板給出的壓力及流量信號，圓盤機(jī)壓力或流量信號是0～1A，經(jīng)內(nèi)部處理后，輸出不同的頻率，調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速，即:輸出功率與壓力和流量同步自動跟蹤控制，相當(dāng)于定量泵變成了節(jié)能型的變量泵，原液壓系統(tǒng)與整機(jī)運(yùn)行所需功率匹配，消除了原系統(tǒng)的高壓溢流能量的損失�？梢源蟠鬁p輕合模、開模的震動，穩(wěn)定了生產(chǎn)工藝、提高了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了機(jī)械故障，延長了機(jī)器使用壽命，又能夠節(jié)約大量的電能。
4 圓盤機(jī)節(jié)能改造案例
現(xiàn)以福建泉州晉江市某鞋材有限公司圓盤機(jī)節(jié)能改造為例。
(1) 圓盤機(jī)節(jié)能改造的目的:在競爭激烈的制鞋行業(yè)有如下特點(diǎn)，企業(yè)主要的經(jīng)營成本是員工的工資和電費(fèi);由于企業(yè)之間的競爭，塑膠件的加工費(fèi)用越來越少，電費(fèi)所占成本的比例越來越多;節(jié)省電費(fèi)、降低成本，延長設(shè)備使用壽命，提高企業(yè)的競爭力，是業(yè)內(nèi)眾多經(jīng)營者所關(guān)注的問題。
(2) 改造的圓盤機(jī)型號:東莞市臺裕全自動圓盤式塑膠類射出成型機(jī)。
(3) 圓盤機(jī)馬達(dá)功率:主機(jī)一臺22kW;副機(jī)22kW×2。
2004年7月22日，在一樓啤底成型車間，采用深圳科姆龍公司的KV2000-Z0220-4T無傳感器矢量變頻器兩臺，分別對圓盤機(jī)的主機(jī)和副機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。改造時(shí)生產(chǎn)雙色運(yùn)動鞋底，成型周期為30s。節(jié)能器上安裝了三相四線制電能表，進(jìn)行節(jié)電率的測試，主機(jī)和副機(jī)的節(jié)電率分別為38%和43%。
福建泉州地區(qū)當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)平均0.80元/kWh, 該塑料制品廠24h連續(xù)生產(chǎn), 如果以每月工作30天計(jì)算。則有:市電運(yùn)行時(shí), 電費(fèi)/月=7.2×24×30×0.80=4147元;變頻節(jié)電運(yùn)行時(shí), 電費(fèi)/月=4×24×30×0.80=2304元;每月每臺節(jié)約電費(fèi)約為1843元; 客戶在半年左右即可收回成本。
5 變頻節(jié)能注意事項(xiàng)
5.1 變頻節(jié)能的特點(diǎn)
(1) 操作簡單, 與圓盤機(jī)同步運(yùn)行, 不必進(jìn)行任何調(diào)節(jié);
(2) 高可靠性:保留圓盤機(jī)原有控制方式及油路不變;采用市電/節(jié)電運(yùn)行控制方式，以備故障時(shí)不影響生產(chǎn);
(3) 軟啟動:減輕機(jī)器震動，延長設(shè)備和模具的使用壽命;有效地減小噪音，改善工作環(huán)境;系統(tǒng)發(fā)熱明顯減少，油溫穩(wěn)定;延長密封組件的使用壽命，降低停機(jī)維修率，節(jié)省大量的維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)增加變壓器的裝機(jī)容量;
(4) 高回報(bào)率:根據(jù)工藝不同，所有投資約6～12個(gè)月可有電費(fèi)節(jié)省中回收。
5.2 全自動圓盤式塑膠類射出成型機(jī)變頻改造的注意事項(xiàng)
(1) 變頻器的選型及KV2000變頻器的特點(diǎn)
用變頻節(jié)能后，會出現(xiàn)生產(chǎn)周期延長的現(xiàn)象。節(jié)電的同時(shí)，不同程度上降低了生產(chǎn)效率。這是因?yàn)橥ㄓ眯妥冾l器，采用傳統(tǒng)V/F控制技術(shù)，其啟動時(shí)間長，反應(yīng)速度慢，力矩不夠等造成減模，壓力不足的現(xiàn)象。甚至有些為了彌補(bǔ)反應(yīng)慢的缺陷加大變頻器的容量，造成油泵馬達(dá)長期過載，溫升提高或燒毀的現(xiàn)象。選用無感矢量變頻器就可以解決上述問題。
深圳市科姆龍電氣技術(shù)有限公司最新推出KV2000系列高性能無速度傳感器矢量控制變頻器， KV2000系列變頻器是全新一代可以廣泛應(yīng)用的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器，為電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)提供更大的轉(zhuǎn)矩，可自動補(bǔ)償高負(fù)載時(shí)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速變動。良好的動態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場合。
KV2000變頻器具有電機(jī)參數(shù)自動調(diào)諧功能，轉(zhuǎn)速精度高達(dá)5‰，低頻轉(zhuǎn)矩高達(dá)150％。
無傳感器矢量控制、輸出功率(轉(zhuǎn)矩)控制、標(biāo)準(zhǔn)V/F控制等三種控制模式。
現(xiàn)代化通訊功能、遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)通用型變頻器的0～650Hz高輸出頻率、豐富的內(nèi)置PID功能、獨(dú)特的冷卻風(fēng)扇、專為產(chǎn)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的近200種控制功能、轉(zhuǎn)速追蹤功能、獨(dú)特的自動可變載波頻率2～16.9kHz。
適用于各種塑料機(jī)械、化工紡織、水泵、風(fēng)機(jī)、印刷機(jī)、輸送帶、食品包裝機(jī)械、金屬加工機(jī)械等通用機(jī)械的恒轉(zhuǎn)矩、恒轉(zhuǎn)速控制。應(yīng)用KV2000變頻器, 進(jìn)行節(jié)能改造, 既可達(dá)到高節(jié)電率, 又保證了原有生產(chǎn)效率及品質(zhì)不變的要求。
(2) 變頻器對圓盤機(jī)的溫度影響及解決措施
變頻器屬于電力半導(dǎo)體裝置，本身具有高頻干擾與低頻諧波的問題，但是由于有些應(yīng)用單位技術(shù)不夠?qū)I(yè)，造成對機(jī)器設(shè)備控制系統(tǒng)的干擾，特別是對溫度系統(tǒng)的干擾，嚴(yán)重的時(shí)候，系統(tǒng)將不能正常工作。該變頻器具有運(yùn)行中自動調(diào)整載波頻率的功能，最大限度的降低了變頻器對溫度系統(tǒng)的干擾。
當(dāng)出現(xiàn)溫度系統(tǒng)等被干擾時(shí)，可以采取接專用接地線;調(diào)整載波頻率;輸出側(cè)加磁環(huán)、濾波器、交流輸出電抗器;在原有加熱系統(tǒng)回路加裝同等功率的1:1隔離變壓器等一系列的措施來解決。
(3) 電氣保護(hù)
KV2000無傳感器矢量變頻器具有全領(lǐng)域的保護(hù)功能:欠電壓、過電壓、過電流保護(hù)，防止電機(jī)失速、過載、過熱保護(hù)等，保證變頻器和電機(jī)不受任何損害。
在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，要考慮市電狀態(tài)時(shí)對電機(jī)的保護(hù)。如果直接從節(jié)電狀態(tài)切換到市電狀態(tài)，相當(dāng)于電機(jī)直接啟動，啟動電流是額定電流的4～7倍。對設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊非常大，同時(shí)容易造成接觸器過早的損壞，甚至造成電機(jī)的燒毀。建議在切換時(shí)，必須先停止電機(jī)(原系統(tǒng)的Y-Δ裝置)，再切換節(jié)電裝置，最后再啟動電機(jī)。
6 結(jié)束語
對多數(shù)企業(yè)而言，電費(fèi)是未被企業(yè)控制的最后一項(xiàng)成本, 人們普遍認(rèn)為電費(fèi)開支是難以被控制的, 交電費(fèi)天經(jīng)地義, 因?yàn)橛秒娫O(shè)備消耗多少電, 是其機(jī)電特性所決定的, 主觀的控制無能為力。很顯然，此觀念是錯(cuò)誤的。在全國上下用電形勢嚴(yán)峻的情況下, 作為我們的企業(yè)而言, 應(yīng)該注重能源的節(jié)約, 先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用, 把能耗降到最低, 既保護(hù)環(huán)境又為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐證明，通過應(yīng)用高性能高品質(zhì)的KV2000無傳感器矢量控制變頻器技術(shù)及一系列的技術(shù)管理措施, 企業(yè)至少可以減少20～60%的經(jīng)營成本。
