變頻器遠程監控改造方案

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一、注塑行業簡述

•對于塑料制品行業來說，電耗是其生產成本的主要部分，而注塑機是制品廠的主要能耗設備之一，人稱電老虎。注塑機的能耗成為注塑行業降低成本，提高產品競爭力的有效途徑。

•目前絕大多數的注塑機都屬于液壓傳動注塑機，液壓傳動系統中的動力由電機帶動油泵提供。在注塑周期過程中的變化，注塑機在不同工序下需要的流量和壓力不同，必須依靠流量閥和壓力閥調節不同工序所須的流量和壓力不同，以及負荷變化很大，由于定量泵不可調節輸出功率，因此多余的能量只能在擋板，油路泄露，油的溫升中消耗，加劇了各種閥的磨損，又造成油溫過高，電機噪音過大，以及機械壽命縮短等現象。并且通常在設計電機的容量比實際需要高出很多，存在“大馬拉小車”的現象，造成電能的在量浪費。因此推置在注塑機上的應用，對于減少能源浪費具有重要意義。

二、注塑機的工作原理

•注塑機是一種專用的塑料成型機械，它利用塑料的熱塑性，經加熱融化后，加以高的壓力使其快速流入模腔，經一段時間的保壓和冷卻，成為各種形狀的塑料制品。

•注塑機工作原理圖

•每一個動作的完成都有時間、壓力、速度、位置等幾個參數的精妙配合，也就是說在某一位置的位移都有相應的壓力和速度，且在不同的位置和時間內其壓力和速度都是可變的。同時每一個動作完成后發出終止信號傳送給程序控制器，程序控制器收到信號后才發出執行下一動作的指令

三、注塑機的電能消耗

•注塑機的電能消耗主要表現在以下幾個部分：

•①液壓系統油泵的電能消耗

•②加熱器的電能消耗

•③循環冷卻水泵的電能消耗

•在注塑車間內，一般多臺注塑機共用一臺冷卻水泵，其中液壓油泵電機的用電量占整個注塑機用電量的80%以上，所以降低其耗電量是注塑機節能的關鍵。

•將注塑機同步控制信號接到變耗能所在：

定量泵注塑機油泵速度不可調，多余的油經溢流排入油箱。

•傳統定量泵注塑機通常在需要改變負載流量和壓力時，用閥門調節，這時輸入功率變化不大，大量能量以壓力差的形式損耗在閥門上，產生溢流

四、注塑機工藝要求P/T關系圖

•根據注塑機的工藝過程，畫出系統油壓P與時間t的關系圖如下圖：

•由圖可見，合模和脫模，開模系統所需油壓較低，且時間較短；而注射，保壓，冷卻系統所需油壓較高，且時間較長，一般為一個工作周期的40%~60%，時間的長短與加工工件有關；間歇期更短，這也與加工工件的情況有關，有時可以不要間歇期。以上的圖只是一種簡單的近似表示，實際上，如果注射的螺桿用油馬達驅動，注射時的系統油壓會高一些。注塑機加工工件的重量，從數十克到數萬克不等，最大注塑機已到92000克。因此，注塑機就有中，小型和大型之分，加工數十克的小工件和加工數千克的大工件一個周期的時間也是不相同的；就是對同一臺注塑機，加工工件的原料不同，各段工藝流程中所需的壓力和時間也是變化的。

五、節能效益預估

1、評估依據：

電機使用效率預估70%；電機節電率預估35%-45%；改造總功率22KW×5臺=110KW；電費單價0.7元/度；每天工作24小時；每月工作30天；每年工作12個月；開機率85％。

理想節電率={1-（30/50）3}*100%=（1-0.216）*100%=78.4%

據我們估計保守節電率應該在45%左右。

2、效益評估：

每天節約電量=電機功率×電機使用效率×節電率×24小時×開機率

=110KW×70%×40%×24H×85％=628.3度

每月節約電費=628.3×30×0.7=13194.7元

每年節約電費＝13194.7×12=158336.4元

3、投資總成本：

投資總成本＝電機功率×1.2倍×單價＝110KW×1.2×1000元/KW=132000元

4、投資回收期：

投資回收期＝投資成本÷月節省電費＝132000元÷13194.7元=10月

5、附送遠程監控系統：

遠程監控系統市場價值為:總成本=模塊+軟件+通訊費用=2000*5=10000元

六、設備選型及壽命

2.1一般要求

2.1.1我司提供滿足技術規范要求所有的硬件、軟件和各項服務，包括計算機監控系統軟硬件、現場調試和售后服務。并達到規范書所要求的性能指標。

2.1.2我司保證提供設備為全新的、先進的、成熟的、完整的和安全可靠的。

2.2設備選型

2.2.1本改造采用的監控系統具有當今實踐證明先進的技術，具有高的可用性、可靠性、可操作性、可維修性和可擴展性。

2.2.2我司提供的變頻設備應為生產廠商最新的主流設備，不允許提供已經過時或淘汰的產品。

2.2.3我司的控制設備選型應與貴方控制要求一致。

2.3環境要求

2.3.1我司所提供的變頻控制設備應適合所安裝現場的環境條件。

2.3.2變頻控制設備需滿足現場環境溫度和濕度，保證在正常范圍內連續無故障地運行。

三、節能系統說明與使用壽命：

節能系統變頻器內部核心器件均采用進口產品，保證變頻器的質量和使用壽命。

1、節能系統之變頻器散熱風扇及柜體的散熱風扇平均壽命為2年；

2、節能系統之變頻器濾波電解電容平均壽命為3—5年；

3、節能系統整機使用壽命為6年；

注塑機無線智能遠程監控變頻控制柜（FMCZ系列）設計方案

實踐證明變頻改造深受用戶好評。鑒于上述優點，FMCZ系列注塑機變頻遠程監控控制柜實行節能技術改造是正確的有效的，值得向推廣。

注塑機變頻遠程監控的應用

一、注塑機工作概述：

眾所周知，注塑機是對各種塑料（例聚乙烯、聚丙烯）成型加工的主要設備，通過對塑料顆粒在雙螺桿注塑機內進行多段溫度加熱，在熔融攪拌增壓后將流體料注入模具腔內，完成成型加工的。

（1）、注塑機工序過程不論大、中、小型注塑機，分析它的工序過程是相同的，大致是五個工序過程。

注塑機工序過程是：

①送模具過程，需低壓力，時間較短。

②合模具過程，左右兩個模具相接，直至完全閉合，需略高壓力，時間不長。

③射膠、保壓、冷卻過程，送料至模腔，直到成型，固化完需較高壓力，時間長約占40-60%。

④脫模具過程，加工成型，可開啟模具，到脫模完，可取出加工件，時間不長，壓力略高。

⑤退模具過程，加工件取出，模具后退原位，進行輔助工作后，待再次加工，這時需低壓力，時間較短。

對同一臺注塑機，加工不同的塑料件，其壓力（p）與時間長短是各不相同的。它與加工件的型體復雜性，使用何種塑料，一個加工件的總料量，有否嵌件等有關，具體參數設定，一般由工藝技術人員給出的，并經試驗加工后，最后定案的。

（2）注塑機節能的可能性分析

注塑機的P=f(t)工序過程中看出，隨著不同時間段，它的主油泵壓力是變化的，而且起伏較大，這就存在節能的可能性，且潛力較大，所以注塑機節電率可達20%-50%，甚至更大些。

在未使用變頻器的注塑機，其主泵壓力調整是靠壓力卸荷來調節傍路油路的開度，來實現調節壓力的方式，這種主泵調壓力的方式，對主泵的電動機轉速不變，依傍路閥門開度來調節壓力，實踐證明節能是很小的，還有一種使用變量泵的注塑機，節能效果達百分之十幾，但設備維護成本較高，油泵容易損壞，因此也不是經濟的運行的方式，采用變頻器調速來調節主泵的轉速，從而改變流量和壓力是較經濟的運行方式（這時閥門的開度要全開100%），這就是注塑機主泵采用變頻器的原因所在，從而有較大幅度節電的道理，至于模具移動的動力源也是液壓的，它有二種方法：

①另配一臺小功率的低壓油泵。

②由主泵分路經減壓閥作動力源

又關于各段時間的定位控制，常見的有四種方法：

①依靠移動平臺的滑桿，用行程直接點開關（小型的）

②依靠時繼電器定時控制（中型的）

③依靠單片機或PLC控制（大型的），我公司的方案即如此。

④利用變頻器本身多段速度與時間的控制（小、中型的）。

二、FMCZ系列注塑機變頻遠程監控柜控制特點:

（一）變頻改造實現方案

（1）FMCZ系列專用變頻器控制柜的設計具有流量、壓力雙反饋信號接口，按注塑工藝要求，取雙信號和疊加來控制主油泵電機速度。經實踐證明變頻器的性能良好，工作可靠，節電率高，主電路采用工頻-變頻二套電源供電方式，以確保不間斷的工作。

(2）控制電路簡單：目前變頻器在注塑機上的應用不僅是一臺變頻器對一臺電動機的簡單運行方式，大型注塑機還有多泵集

中控制方式，在控制柜的設計時注意了以下方面：

（a）:充分了解所選用變頻器的技術性能、使用要求、內部功能并充分發揮其特長。

（b）:充分了解被使用設備的工藝要求、技術性、使用要求包括負荷等。

（c）:考慮到變頻器有時會對注塑機的溫度控制造成諧波干擾，應采取一定措施，如，保證設備良好接地；變頻器的輸入、

輸出線繞磁環后再結入；對注塑機的控制電源采取隔離等。

（d）:充分了解被使有用設備的現有控制電路，液壓油路、各種附件的功能以不變或最少變動原有設備的零部件為原則，如何巧妙取得控制信號，實現現有設備與變頻器的最簡單的結合是十分重要的。還要考慮環境、操作簡便、易于維護等因素。

注塑機的控制采用電腦板（單片機），其壓力設定，時序設定可按工藝條件人為給定，利用的電腦板輸出電量值，控制壓力比例調節閥，從而調節主油泵的壓力大小。它的輸出是個線性的電流mA量值，經電流轉換器變成4-20MA，直接接入到變頻器控制輸入端，從而改變變頻器的輸出頻率，也即就改變了主油泵電動機的轉速達到調壓、節電雙重作用。

(e)考慮到系統的特點，控制柜設計有無線遠程監控功能，使控制柜具有無以倫比的先進性。使得操作更為便捷，更為安全可靠。

控制柜設計方案特點：簡便可靠、不需更改原電路、調節方便、控制精確。

（二）、注塑機變頻改造的優點：

1、節電率平均達40%以上

2、工作環境噪音明顯減少，系統油溫大幅下降；

3、平滑軟起動，保護電機，延長使用壽命；

4、減輕開鎖模沖擊，延長機械和模具的使用壽命；

5、延長油路系統使用壽命，減少維修次數，節省大量維護費用；

6、對電機具有過壓、過流、缺相等多種保護；

7、變頻與工頻隨意切換，保證變頻故障時不影響生產；

8、系統安裝簡便快捷。

（三）遠程控制系統的設計

（一）遠程監控系統特點：

在變頻器上鏈接上本公司專門設計的無線數據傳輸模塊，即可實現監視和控制功能，我公司已經構架好了成熟的網絡平臺和監控軟件，通過手機或計算機就可對其進行多點的遠程監控。可以在第一時間通過手機和計算機監控變頻控制設備，通過這套系統可以遠程調試和修改參數、分析故障等項服務。有效降低故障發生率，降低客戶運營成本。特別是可為用戶提供了實現最快速的技術服務手段，通過遠程的數據傳送，很快地就能處理設備現場出現的意想不到的技術問題，保障設備的運行。

做到最快捷、最適時的服務，在最短的時間內響應和處理設備問題。

這種監控方式經實踐檢驗是最可靠的之一。它能有效解決變頻器帶來的諧波干擾及電磁兼容問題。采用有線監控的方式往往存在電磁偶合現象，使得通訊中斷或數據丟失。

這種監控方式設備投入最少，運行費用相比其他監控方式更低，系統組成：

1、數據傳送模塊

2、控制軟件

3、曲線趨勢圖

控制原理圖：

設計示意圖如下：

（二）、無線智能化遠程監控維護系統功能介紹

1、注塑機變頻用戶通過監控能夠做到

任何地點的計算機和手機，在界面中都能監控到設備運行參數如電機的電流、電壓等運行參數，并有歷史曲線。

（2）可以在辦公室監控若干FMCZ變頻設備,并可以根據不同的注塑工件，遠程修改變頻器的控制參數，適應生產地需要，不需要到現場一個一個參數修改。

（3）歷史數據和運行曲線都有存儲記錄，便于分析故障的根源。

（4）故障和事故率降低，排除故障更快。

（5）在授權范圍內，任何地點、任何多點都可以同時監控，不受設備條件限制，可多人根據不同的授權權限同時監控該設備，便于溝通、決策。

（6）、我公司可以根據故障信息及變頻器控制參數，調整參數使系統運行處在最佳狀態；使得設備制造公司的技術服務能及時、便捷、低成本到達客戶端；適時地為用戶提供技術指導；第一時間響應，為客戶竭誠服務；即使出現一些問題，我公司可實施遠程處理，客戶不需等待和支付上門服務費用；如變頻器損壞，廠家將發備用機替換或由全國特約售后維修站上門服務。我公司只要在接線后把變頻器控制參數下載即可，提供最便捷、周到的服務。

八、節能改造對生產與設備保障措施說明：

4.1、保證注塑制品品質不受影響：

節能改造后注塑制品品質是否有影響，主要是看在“射出和保壓”動作的位置、時間、保壓轉換等參數是否穩定不變。節能改造后對“射出和保壓”動作進行特殊處理后，在基本不變的成型條件下對比“射出和保壓”參數是否有變化，并通過品保檢測制品品質。

4.2、保證注塑制品產量不受影響：

節能改造后注塑制品產量是否有影響，主要是看成型周期是否基本不變。在基本相同的成型條件下對比成型周期參數是否不變，從而確定保障制品產量不受影響。

4.3、保證注塑生產和節能系統運行穩定：

節能系統核心部件采用高性能電流矢量變頻器，具有超載能力強，響應速度快，低頻力矩大以及電機參數自學習功能等特點，完全保證生產的穩定性。在不同材質和模具的連續生產中進行評估，判定節能系統及注塑生產的穩定性。

4.4、保證注塑機控制電路及其部件不受影響：

節能系統的安裝是將節能系統主電路串接入注塑機空開與電機接觸器中間，以串聯的方式通過專用的光耦隔離卡采集速度與壓力信號進行精確計算后控制變頻器運行頻率，保證不會對注塑機的電路及其部件造成損壞。

4.5、注塑機加裝節能系統后引起干擾問題的處理措施：

A、變頻器的輸入或輸出端加裝磁環濾波器，平性并繞3-4圈。變頻器與柜體可靠接地；

B、模擬信號采用0-1A電流信號。通過變頻器信號處理器將信號轉換成0-20MA信號直接接入到變頻器控制輸入端，從而改變變頻器的輸出頻率。模擬信號線選用屏蔽線，屏蔽線遠程屏蔽層懸空，近端在變頻器處接仿真地。

C、調整變頻器的載波頻率改善干擾。載波頻率越低，干擾越小。

D、變頻器內置直流電抗器后還不能滿足要求時，可增裝交流輸入、輸出電抗器，EMI輸入、輸出濾波器等多種措施處理干擾問題。

E、變頻器的E端要與控制柜及電機的外殼相連，要接保安地，接地電阻應小于100Ω，可吸收突波干擾。

F、在受干擾的儀表設備方面也要進行獨立屏蔽，市場上的溫控器、PID調節器、PLC傳感器或變送器等儀表，都要加裝金屬屏蔽外殼并與安全地相連。必要時，要求在此類儀表的電源進線端加裝上述的電感式磁環濾波器。