市場前景分析：

    隨著塑料制品的廣泛應用及其產(chǎn)量的迅猛增長，塑料機械已成為建材、包裝、電子電氣、汽車、石化、機械等行業(yè)的重要技術(shù)裝備，需求量激增，塑機行業(yè)已成為21世紀我國經(jīng)濟發(fā)展中的朝陽產(chǎn)業(yè)隨著我國塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料機械工業(yè)近幾年來的增長率都在30％左右，是增長zui快的產(chǎn)業(yè)之一。2001年我國塑機行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值8多億元，利潤６億元左右，利潤率增長遠高于工業(yè)總產(chǎn)值的增長。2001年塑機工業(yè)總產(chǎn)值為1995年的2.3倍，而利潤率則為1995年的4.5倍。在全國機械工業(yè)的194個行業(yè)中，塑機行業(yè)的主要經(jīng)濟指標均居前列。

    塑料加工工業(yè)良好的發(fā)展前景仍將是我國塑料機械制造工業(yè)高速發(fā)展的源動力，預計2001-2010年，我國對塑料機械需求量的年均增長率為6%左右，預計至2010年為145億元。也就是說，我國塑機行業(yè)的發(fā)展?jié)摿艽?，后勁很足。在我國塑料工業(yè)長遠規(guī)劃中，2000-2005年塑料制品的年均增長率約為10%，2006-2015年的年均增長率將達到8%。即到2005年塑料制品的產(chǎn)量將達到2500萬噸，預計2015年塑料制品總產(chǎn)量翻一番，達到5000萬噸。

    在世界能源日益枯竭的今天，節(jié)能早已被人們放在突出位置。與世界上一些能源豐富的國家相中國是一個能源短缺國。然而我們在能源特別是能源的zui主要的利用形式電力方面的利用率卻很低，存在觸目驚心的浪費現(xiàn)象。在新產(chǎn)品開發(fā)﹑新設備研制以及原有設備的改造上，必須將能耗作為重要指標予以關(guān)注。塑膠行業(yè)是21世紀的朝陽行業(yè)。然而由于其產(chǎn)品主要是通過加熱，加壓等物理方法生產(chǎn)，從而決定了它的生產(chǎn)方式的高能耗特點。對于高能耗的塑膠制品設備，如何節(jié)電，已成為提升產(chǎn)品競爭力的一個重要手段。

    塑料機械是塑料工業(yè)發(fā)展的重要支柱，它為塑料行業(yè)提供了*的技術(shù)裝備，它的發(fā)展是塑料工業(yè)發(fā)展的基礎，也受塑料工業(yè)發(fā)展的影響。從世界范圍看，塑料機械的三大類品種依次是注塑機、擠出機：擠出生產(chǎn)線和吹塑機，它們占了塑料機械總產(chǎn)值的80%以上，其中注塑機占這三類機械總和的一半以上。我們從切身經(jīng)歷中談談變頻器在塑膠機械中的應用，從其各自特點及現(xiàn)場應用作一個簡介。

1、注塑機節(jié)能系統(tǒng)簡介

    要作好注塑機節(jié)能系統(tǒng)首先從注塑說起。注塑過程一般分為以下步驟：鎖模→注射保壓→熔膠加料→冷卻定型→開模→頂針。每一動作的完成都有時間、壓力、速度、位置等幾個參數(shù)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(nèi)其壓力和速度都是可變的。同時每一動作完成后發(fā)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(fā)出執(zhí)行下一動作的指令。此外注塑機系統(tǒng)本身還存在一些弱點：*、注塑機動作內(nèi)部有著十分劇烈的突變過程：如鎖模過程中，快速鎖模→慢速低壓護模→高壓高速鎖模的工況突變就很劇烈的；又如注射過程中，慢速注射→快速→慢速→快速→慢速的射膠過程工況也是很劇烈的，對機器的沖擊都十分的大，影響了整個注塑系統(tǒng)的壽命。第二、動作油路制動達不到設計的精度，油路制動的開閉取決于電磁閥，而電磁閥的動作又取決于過程控制器提供的電壓和電流，因大多數(shù)注塑機都沒有死循環(huán)控制，閥的開閉精度就會大打折扣，尤其是閥的開閉程度在10%以下和90%以上時，動作的重復精度和穩(wěn)定性都是極差的，某一動作在此狀態(tài)下被執(zhí)行很難保證其穩(wěn)定性和重復精度。第三、執(zhí)行動作的油缸本身有油封破損，有內(nèi)泄現(xiàn)象，執(zhí)行動作的可靠性和穩(wěn)定性不高。這是由于多數(shù)時間內(nèi)，負載的實際耗油量均小于油泵的供油量，造成高壓狀態(tài)下的液壓油部分經(jīng)溢流閥、比例閥等液壓元件溢出。該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。采用注塑機節(jié)能系統(tǒng)后，就能很好的解決這些問題，既提高了整個注塑系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，減少了巨大的機械沖擊，延長了系統(tǒng)使用壽命，又能夠節(jié)約大量的電能。

2、擠出機的變頻應用簡介：

    如塑料制管機生產(chǎn)線主要是塑料擠出機及冷卻槽，牽引機三部份組成。在沒有改造前擠出機、牽引機都是交流滑差電動機傳動，存在耗電量大，傳動效率低，速度精度差，速度不夠穩(wěn)定，因此影響產(chǎn)品的質(zhì)量，需要進行技術(shù)改造。經(jīng)我公司工程師現(xiàn)場調(diào)查，我們認為采用變頻調(diào)速能解決上述的弊病。

    經(jīng)我公司變頻改造后，調(diào)速速范圍，起動特性，動態(tài)響應，調(diào)節(jié)精度，輸出特性，經(jīng)濟指標和操作監(jiān)視方便等各個方面；都優(yōu)于電磁調(diào)速。此外，變頻調(diào)速還具有保護功能完善，通用性強，維護工作量小，運行安全可靠，電耗小，設備壽命長等優(yōu)點。轉(zhuǎn)可以從零平穩(wěn)起步升速，并能選擇升速和降速曲線，節(jié)能顯著，深得操作人員和維修人員好評。可以值得在類似塑料加工機上推廣，例造粒機，制管機，拌料機等上的應用。

３、 液壓塑膠中空成型機變頻簡介：

    基于多年生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)驗，作者在實踐中對各種不同類型的塑膠中空成型機的性能作了深入的調(diào)查研究，并由此有針對性地對各種檔次的中空成型機進行了局部或整機的改造，提出了變頻式液壓塑膠中空成型機的構(gòu)想。

３.1 塑膠中空成型機工作原理及特性

    根據(jù)驅(qū)動方式的不同，塑膠中空成型機可以分為氣動式和液壓式兩類。無論采用哪種方式，都是將模具送至接膠位，接取膠胚后再回到吹制位，通過吹針將5-6Mpa的壓縮空氣引入模腔將膠胚吹制成形。PLC控制氣動單/雙工位塑膠中空成型機采用了全氣動驅(qū)動，反應快，效率高，但正是由于采用了氣動方式，根據(jù)公式F=P·S。其中Ｆ為鎖模力，Ｐ為系統(tǒng)工作氣壓，Ｓ為活塞有效面積。由此可知，當系統(tǒng)工作壓力為一定值時，鎖模力與活塞有效面積成正比。一旦確定了缸徑，鎖模力也就確定了。以缸徑150mm為例，在6MPa的工作壓力下，只能產(chǎn)生10.38KN的力。所以此類機型僅適合500ml以下的瓶子。同時需要指出的是，由于采用全氣動，間接增加了用風量，若將風泵的耗電量及其維修保養(yǎng)費折算進去，其產(chǎn)品單耗是相當高的。

    由上可知，若要生產(chǎn)500ml以上容量的容器，只有采用液壓油缸的合模系統(tǒng)。利用液壓系統(tǒng)可以產(chǎn)生足夠的壓力，保證各種大容積產(chǎn)品的生產(chǎn)及質(zhì)量。但當今的液壓伺服系統(tǒng)價格依然不菲。如日本油研公司采用EFRG-03-125-C-50型比例壓力流量控制閥售價在7000元左右，一臺行程僅為14mm、缸徑120mm的伺服油缸售價過萬元。盡管采用比例式壓力、流量控制系統(tǒng)價格不菲，且液壓系統(tǒng)耗電量是整機用電量的30%左右，但其優(yōu)良的動態(tài)特性足以保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定，所以依然獲得了廣泛應用[1、2]。

    根據(jù)測算，除外部提供的供風系統(tǒng)外，整機能源消耗，以擠出機螺桿直徑為70mm的液壓雙工位機為例，在以PE（聚氯乙烯）為原料生產(chǎn)4500ml容器時，電熱加溫占整機耗電量的22.6%，擠出機運料系統(tǒng)馬達為11kW，約占53%，液壓系統(tǒng)是7.5kW馬達，約占24.4%。在液壓單工位機中，當生產(chǎn)280ml容積的PE料產(chǎn)品時，液壓系統(tǒng)耗電占整機耗電量的41.35％，電熱占42.33％,擠出機運料系統(tǒng)（已改變頻驅(qū)動）耗電占16.32%。目前絕大多數(shù)中空成型機廠家的做法都是僅在擠出機運料系統(tǒng)中將滑差電機調(diào)速改為變頻調(diào)速。

３.2 變頻式中空成型機工作原理

    綜上所述，如何將液壓系統(tǒng)的耗電量降下來，就成了新一代節(jié)能液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)控制理論注重系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法往往是首先確保有一個穩(wěn)定系統(tǒng)的存在，在系統(tǒng)穩(wěn)定性發(fā)生變化時再以PID之類方法進行調(diào)節(jié)。定壓式液壓系統(tǒng)就是其典型代表。其代價就是高能耗。比例式液壓系統(tǒng)較前者已有很大進步，然而，從比例壓力比例流量閥的結(jié)構(gòu)可知，依然是上述思路的延伸，只是以內(nèi)部溢流的方式盡量加大閥門開度而已。而現(xiàn)代控制理論則更注重動態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)調(diào)節(jié)。*，變頻調(diào)速是一種率、高性能的調(diào)速方法，特別適用于籠型異步電機。脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，矢量控制技術(shù)，無速度傳感器技術(shù)的發(fā)展和應用使得交流電機變頻調(diào)速在許多場合已經(jīng)大量取代直流調(diào)速系統(tǒng)。從目前工控領域的發(fā)展現(xiàn)狀看，它也代表著電力驅(qū)動的水平與方向。隨著各種大功率智能型電力電子器件的不斷問世和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)愈加成熟。其動態(tài)響應速度和過載能力已經(jīng)能夠滿足一般液壓系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的要求，其價格已下降到用戶普遍可以接受的程度[3]。由此，我們在液壓控制系統(tǒng)中融入變頻調(diào)速技術(shù)，將傳統(tǒng)的定量泵轉(zhuǎn)化為“變量泵”，變回流式調(diào)節(jié)為容積式調(diào)節(jié)，根據(jù)生產(chǎn)中各工藝流程“按需分配”，從而達到節(jié)電之目的。

    整機能源消耗由四部分組成，分別為中空成型機加溫系統(tǒng)，擠出機構(gòu)，比例式液壓系統(tǒng)和壓縮空氣源。其中除壓縮空氣源為外部系統(tǒng)提供外，其余均由該機的動力用電提供。該機與目前常見的中空成型機不同之處在于增加了2個環(huán)節(jié)，一個是保溫系統(tǒng)，另一個是帶D/A轉(zhuǎn)換器和同步控制器的變頻式液壓系統(tǒng)。關(guān)于保溫系統(tǒng)，僅在發(fā)熱管部分塗復一種復合硅酸鹽保溫材料，約30mm厚，因該材料無腐蝕性，隔熱性能優(yōu)良且容重輕。*一舉，加溫系統(tǒng)節(jié)電30%。因保溫系統(tǒng)十分簡單，故不在本文重點討論之列。