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。今年上半年，電力需求受9.7%GDP增長拉動，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)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)（以下簡稱：圓盤機(jī)）的機(jī)械特點(diǎn)
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)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，且多了一個圓盤旋轉(zhuǎn)的動作，實現(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，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，大轉(zhuǎn)盤執(zhí)行高速順時針方向旋轉(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，PLC或單片機(jī)掃描到有減速信號時，轉(zhuǎn)盤開始減速。到達(dá)定位信號時，轉(zhuǎn)盤進(jìn)行精確定位。否則，如果沒有檢測到有效模位時，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，固定模是不動的，只有活動模在有指令時執(zhí)行左右鎖模或開模，呈左右直線運(yùn)動。圓盤機(jī)工作時，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，油缸執(zhí)行上升或下降動作。取產(chǎn)品時，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個模位。若主機(jī)和副機(jī)都沒有檢測到有效模位時，并且主機(jī)和副機(jī)都處于開模狀時，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“冷卻時間”這個概念，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)，因為產(chǎn)品成型后，圓盤機(jī)本身的轉(zhuǎn)盤有一段時間處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)或待機(jī)狀態(tài)，另外機(jī)器上有安裝幾臺冷卻風(fēng)機(jī)的方式，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，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，另外控制一個轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)，完成模具的移動與定位。
雙色機(jī)既有主機(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)工作時分手動運(yùn)行和自動運(yùn)行兩部分。
手動運(yùn)行時，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，各模位選用完成，進(jìn)料量壓力、時間都設(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)料量為這模設(shè)定量。若進(jìn)料未達(dá)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（用時間設(shè)定），計時止，且進(jìn)料時到達(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)同時使用時，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，圓盤即在“慢速點(diǎn)”檢出時，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)在以下幾個部分
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

在了解圓盤機(jī)的工作原理后，我們不難知道 ，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，其實在生產(chǎn)時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，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，有時只用了10幾套，在試機(jī)、打樣時用到的模具甚至更少，這就決定了主副機(jī)經(jīng)常處于長時間的待機(jī)狀態(tài)。副機(jī)只有檢測到有效模位時，才執(zhí)行動作。在圓盤旋轉(zhuǎn)時，副機(jī)不做任何動作，而平時，電機(jī)卻仍然一直工作于額定轉(zhuǎn)速，這時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)的無速度傳感器矢量變頻運(yùn)行技術(shù)（參考電氣原理圖），變頻器實時的檢測來自圓盤機(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)定生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少機(jī)械故障，延長機(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

2004年12月，我們協(xié)助代理單位。在福建泉州的南龍鞋底廠，安裝了一臺KV2000-Z0220-4T變頻器，經(jīng)比較，22KW的馬達(dá)在工頻的時候，一個小時耗電量是14度，而變頻運(yùn)行時，一個小時耗電量是5度，小時節(jié)電達(dá)9度，節(jié)電率高達(dá)64.3%。當(dāng)?shù)氐碾娰M(fèi)是0.80元每度，設(shè)備按年運(yùn)行時間8640小時算。年節(jié)電率為8640×9×0.8=62208元。下表列舉了部分應(yīng)用KV2000無速度矢量變頻器技術(shù)，在全自動圓盤式塑膠類射出成型機(jī)上的節(jié)能改造案例，供用戶參考。

序號 公司名稱 安裝時間 裝機(jī)數(shù)量 平均節(jié)電率
1 東莞市塘廈XX鞋材廠 2004.05 86臺 43%
2 深圳龍崗XX鞋底廠 2004.08 8臺 37%
3 泉州市晉江陳埭XX鞋底廠 2005.01 5 64
4 深圳市XX塑膠廠 2004.09 16臺 40%
5 深圳市龍崗坪山碧嶺XX鞋底廠 2003.08 16臺 38%
6 深圳市龍崗坪山碧嶺XX鞋材廠 2004.06 23臺 42%
7 東莞市XX鞋材廠 2004.06 10臺 33%
8 深圳市龍崗龍東XX鞋材廠 2003.07 9臺 36%
9 深圳市龍崗?fù)瑯反錢X鞋材廠 2004.05 14臺 52%

5 變頻節(jié)能注意事項

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；有效的減小噪音，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，同時增加變壓器的裝機(jī)容量；
4)高回報率：根據(jù)工藝不同，所有投資約6～12個月通過電費(fèi)節(jié)省回收。
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
5.2.1變頻器的選型及KV2000無速度傳感器矢量變頻器的特點(diǎn)
有參與過注塑機(jī)變頻節(jié)能改造的廠家都清楚，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，不同程度上降低了生產(chǎn)效率。這是因為通用型變頻器，采用傳統(tǒng)V/F控制技術(shù)，其啟動時間長，反應(yīng)速度慢，力矩不夠等造成節(jié)電廠家減模，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。選用無速度傳感器矢量變頻器就可以解決上述問題。

科姆龍電氣（亞洲）有限公司，最新推出KV2000系列高性能無速度傳感器矢量變頻器。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，使用先進(jìn)的無速度傳感器矢量(Sensor-Less vector)控制技術(shù)，為電機(jī)在低速運(yùn)行時提供更大的轉(zhuǎn)矩，可自動補(bǔ)償高負(fù)載時馬達(dá)的轉(zhuǎn)速變動。良好的動態(tài)特性，同時具備超強(qiáng)的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場合。

KV2000無速度傳感器矢量變頻器具有電機(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％。

無速度傳感器矢量控制、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無速度傳感器矢量變頻器，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。

5.2.2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)重的時候，系統(tǒng)將不能正常工作，甚至?xí)霈F(xiàn)燒毀設(shè)備的現(xiàn)象。改造單位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境及設(shè)備情況，可以在變頻器的輸出側(cè)安裝同等規(guī)格的輸出交流電抗器，以有效的濾除變頻器輸出電流中的高次諧波分量，減小因高次諧波引起的電磁干擾。同時改善電流波形，減小電機(jī)運(yùn)行噪音和溫升，提高電動機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

當(dāng)出現(xiàn)溫度系統(tǒng)等被干擾時，我們也可以采取比如：降低載波頻率；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隔離器等一系列的措施來解決。

5.2.3 電氣保護(hù)

KV2000無速度傳感器矢量變頻器具有全領(lǐng)域的保護(hù)功能：低電壓、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)計系統(tǒng)時，我們還必須考慮到，市電狀態(tài)時對電機(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，同時容易造成接觸器過早的損壞，甚至造成電機(jī)的燒毀。

所以建議，在切換時，必須先停止電機(jī)（原系統(tǒng)的Y-△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，因為用電設(shè)備消耗多少電，是同其機(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，注重先進(jìn)節(jié)能機(jī)制的采取，先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，把能耗降到最低，即保護(hù)環(huán)境又為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。實踐證明，通過應(yīng)用高性能高品質(zhì)的KV2000無速度傳感器矢量變頻器技術(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。
KV2000無感矢量變頻器在塑料機(jī)械上的節(jié)能改造技術(shù)已在塑膠行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用和推廣，該技術(shù)為中國的節(jié)能事業(yè)做出了卓越的貢獻(xiàn)。


信息來源：中國機(jī)電企業(yè)網(wǎng)