西门子6ES7214-1BD23-0XB8厂家质保

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1   引言

    我国已持续近两年的电力供应短缺的现象，到2004年形势更加严峻，上半年出现拉闸限电的省市区已经达到24个。今年上半年，电力需求受9.7%GDP增长拉动，继续高速增长，并呈“工业用电继续保持快速增长，高耗电行业用电增长居高不下”的特征。而电力供应能力则增加有限，出现持续供应不足的局面，致使电力供需矛盾紧张，缺电范围和持续缺电地区进一步扩大。

    限电拉闸，已经严重影响企业的正常生产。今年1～7月，塑料成本的增长，使得中国塑料制造业竞争日益激烈。节能作为企业增效降耗、降低经营成本、提高竞争力的重要手段，已经显得特别有意义，并逐步的被人们所认识和接受。 

2  全自动圆盘式塑胶类射出成型机的工作原理

    众所周知，国内有大量卧式注塑机变频节能改造的成功案例。制鞋企业的全自动圆盘式塑胶类射出成型机，是制鞋企业中主要的一种常见用电设备，人称电老虎。我国是制鞋大国，有大量的制鞋设备，而目前涉及节能改造的单位比较少，主要原因是人们对全自动圆盘式塑胶类射出成型机的工作原理不太熟悉。

2.1全自动圆盘式塑胶类射出成型机（以下简称：圆盘机）的机械特点

1） 本机械专用于生产各类单色、双色和三色的运动鞋、休闲鞋鞋底，男女童鞋底等产品。
2）原料适用于生产发泡等各种热可塑性之原料，如PVC、TPR等。
3）本机以电脑程序（单片机、PLC）控制，主、副机控制jingque，操作简单，保养容易。

2.2圆盘机与传统的卧式注塑机的比较（见图）

1） 液压马达
    卧式注塑机和圆盘机的油泵都是定量泵。注塑过程中，油泵压力高低变化频繁，其中低压维持过程的传统处理方式是通过比例阀泄压，而电机一直在工频下全速运行。电能浪费非常严重。

2）按圆盘机的机型分，分为单色机和双色机、三色机等机型。
    其中单色机只有一台主机，与卧式注塑机类似。

    双色机有一台主机和一台副机组成。副机负责射胶、熔胶、上模、下模等动作，主机包含了副机的动作，且多了一个圆盘旋转的动作，实现模具的移动和定位。

    三色机有一台主机和两台副机组成。

3）模具数量
    卧式注塑机一般只有一套模具在工作，生产工艺在变更时，需要更换模具。

    圆盘机按机型不同，模具的数量也不同，一般有18、20、24、30套模具。根据生产工艺，通过控制面板，设定模位使用有效与否。如：TY-322机型，24站模位（可安装24个模具），生产中可按需要灵活选定全部或部分模具为有效模位）。圆盘机工作时，大转盘执行高速顺时针方向旋转动作，PLC或单片机执行程序的运算，当只有检测到有效模位时，PLC或单片机扫描到有减速信号时，转盘开始减速。到达定位信号时，转盘进行jingque定位。否则，如果没有检测到有效模位时，大转盘一直旋转至下一有效模位。

    卧式注塑机只要有锁模或开模信号，就会执行相关动作。

4） 压力调整方式
    卧式注塑机和圆盘机的压力调整方式都是压力比例控制方式，但圆盘机（模具较多）各模射料压力可以通过控制面板进行独立设定，适用于不同射出量的产品制造。

    卧式注塑机生产每一产品，相关参数均一致。

5） 模具工作方式
    卧式注塑机工作时，固定模是不动的，只有活动模在有指令时执行左右锁模或开模，呈左右直线运动。

    圆盘机工作时，固定模具和活动模具由大转盘移动、定位。有锁模和开模指令时，油缸执行上升或下降动作。取产品时，由操作人员人为的打开活动模具，取出产品。

6） 圆盘（转盘）
    全自动圆盘式塑胶类射出成型机因转盘是圆形而得名，简称圆盘机（鞋底机）。在圆盘上等分了若干等份。如TY-322被等分成了24个模位。

    若主机和副机都没有检测到有效模位时，并且主机和副机都处于开模状时，PLC或单片机发出指令，圆盘由主机提供压力，进行高速旋转。系统自动检测到有效模位，圆盘进行减速后jingque定位。

7）冷却方式
    传统的卧式注塑机有“冷却时间”这个概念，模具上安装了冷却水循环，目的是保护模具和产品的冷却。

    圆盘机则不同，它没有冷却水循环系统，因为产品成型后，圆盘机本身的转盘有一段时间处于旋转状态或待机状态，另外机器上有安装几台冷却风机的方式，模具和产品进行冷却。 

2.3圆盘机工作原理

    圆盘机的注塑过程中的锁模、射料、熔胶、开模、圆盘快慢速等各个动作，对速度、压力的要求都不一样，它们由控制面板上的比例值设定，如：P1设定关模压、P2设定射料一次压、P3设定射料二次压、P4设定进料压。当圆盘机的流量压力需求发生变化时，由设在油泵出口的比例阀（溢流阀）来调节负载压力和流量，将多余的油高压溢流回油箱。 

    单色圆盘机只有一台主机，主要向系统提供压力，完成射胶熔胶动作及锁模开模动作，另外控制一个转盘系统，完成模具的移动与定位。

    双色机既有主机、副机之分。它们主要由加热、射胶、熔胶系统、锁模系统组成。三色机则与双色机类似，它有一台主机，两台副机组成。主机负责圆盘的旋转及定位。

    圆盘机工作时分手动运行和自动运行两部分。

    手动运行时，操作人员必须提供相应的命令，圆盘机才会完成相应的动作。如射胶、熔胶、上模、下模、圆盘旋转等动作。

    自动运行时，各模位选用完成，进料量压力、时间都设定完成且料管温度加热已到达后，将主机油泵启动，将手动、自动开锁切换至自动位置，按一次自动启动按键即可进行自动步骤。

1）如果现在模位有使用，按自动启动键后，进料量为这模设定量。若进料未达设定量，而有锁模的动作。只允许快速锁模动作，等进料到达设定量后才有慢速锁模动作。锁模停止后，执行射料、开模动作。

2） 若现在模位不使用，按自动启动键，则圆盘运行往下一有使用的模位，且进料的进料量到达，也以下一有使用的模位之设定量执行进料动作，转盘定位后，快速锁模（用时间设定），计时止，且进料时到达，执行慢速锁模，锁模停止后执行射料、开模动作。

3）主副机同时使用时，须等主、副机自动动作皆完成至开模止，圆盘才运行并旋转至下一使用模位。

4） 转盘暂停在圆盘“慢速点”前动作时，圆盘即在“慢速点”检出时，慢速至定位停止。若该模位有使用，定位后，这模动作会做锁模等动作至开模为止。转盘即不动作，但进料动作，会执行下一使用模次的进料，将转盘暂停解除（顺时针旋转）圆盘即往下一模位移动。如果这模位未使用，则圆盘即在近一模执行定位，直到解除转盘暂停，方往下一模移动。

5）在自动运行中，将自动状态切回手动状态，除圆盘会执行慢速定位的动作外（圆盘在运行中作此切换）其他动作及时停止。可用手动操作复位。 

2.4圆盘机的电能消耗主要表现在以下几个部分

1）液压系统油泵的电能消耗
2）加热器的电能消耗
3）冷却风机。

    对于制鞋企业来说，电耗是其生产成本的主要部分，上述电能消耗中，液压油泵的用电量占整个圆盘机用电量的80%左右，所以降低其耗电量是圆盘机节能的关键。

3   圆盘机节电原理

    在了解圆盘机的工作原理后，我们不难知道 ，圆盘机动作内部有着十分剧烈的突变过程，对机器的冲击非常大，影响了整个注塑系统的寿命。目前国内制鞋企业中，有大量旧设备，自动化程度低，能耗大。机器一般按大的生产能力设计，其实在生产时往往用不了那么大的功率。油泵马达的转速保持不变，所以输出功率几乎也是不变的，生产中存在大马拉小车的现象。因此造成大量能量浪费。

    由于圆盘机特有的主、副机及旋转式模具的特性，生产时，往往使用到的有效模位没有那么多，如：TY-322机型，24套模具，有时只用了10几套，在试机、打样时用到的模具甚至更少，这就决定了主副机经常处于长时间的待机状态。副机只有检测到有效模位时，才执行动作。在圆盘旋转时，副机不做任何动作，而平时，电机却仍然一直工作于额定转速，这时候的高压溢流部分不仅未作任何有用功，而且产生热量，造成液压油发热，既耗能，又有害。

    我们采用圆盘机的变频运行技术（参考电气原理图），变频器实时的检测来自圆盘机电脑板给出的压力及流量信号，圆盘机压力或流量信号是0～1A，经内部处理后，输出不同的频率，调节马达转速，即：输出功率与压力和流量同步自动跟踪控制，相当于定量泵变成了节能型的变量泵，原液压系统与整机运行所需功率匹配，消除了原系统的高压溢流能量的损失。可以大大减轻合模、开模的震动，稳定生产工艺、提高产品质量，减少机械故障，延长机器使用寿命，又能够节约大量的电能。 

4   圆盘机节能改造案例

1） 公司名称：福建福州市某鞋材有限公司 
2）  圆盘机节能改造的目的：在竞争激烈的制鞋行业有如下特点，企业主要的经营成本是员工的工资和电费；由于企业之间的竞争，塑胶件的加工费用越来越少，电费所占成本的比例越来越多；节省电费、降低成本，延长设备使用寿命，提高企业的竞争力，是业内众多经营者所关注的问题。
3） 改造的圆盘机型号：东莞市台裕全自动圆盘式塑胶类射出成型机
4） 圆盘机马达功率：主机一台22kw      副机22KW×2 
5）改造车间：一楼鞋底成型车间
6）改造时间： 2004年07月22日
7）变频器：安邦信Z9变频器
8）厂家参与测试负责人：生产主管、设备科科长
9）生产塑料件：双色运动鞋底
10）成型周期：30 秒
11）测试设备：三相四线电能表 （仅提供单台用电量数据）
12）测试时间：2005年2月12日
13）测试结果：节电率 44% （节电率大小主要取决于工艺）

2005年2月12日检测数据

14）从上表分析可知，市电运行时平均一个小时用电量是 7.2kw/h ；
15）变频节能运行时平均一个小时用电量是 4kw/h ；
16）福建福州地区当地电费平均 0.80 元每度，该塑料制品厂 24 小时连续生产，如果以每月工作 30 天计算。则有： 
17）市电运行时，电费 / 月 =7.2×24×30×0.80=4147 元；
18）变频节电运行时，电费 / 月 =4×24×30×0.80=2304 元；
19）每月节约电费1843 元； 
20）客户在半年左右即可收回成本。

5    变频节能注意事项

5.1变频节能的特点
1）操作简单，与圆盘机同步运行，不必进行任何调节；
2）高可靠性：保留圆盘机原有控制方式及油路不变；采用市电/节电运行控制方式，以备故障时不影响生产；
3） 软启动：减轻机器震动，延长设备和模具的使用寿命；有效的减小噪音，改善工作环境；系统发热明显减少，油温稳定；延长密封组件的使用寿命，降低停机维修率，节省大量的维护费用，同时增加变压器的装机容量；
4）高回报率：所有投资约6～12个月通过电费节省回收。
5） Z9变频器具有许多保护功能，保证变频器和电机不受任何损害。

    在设计系统时，我们还必须考虑到，市电状态时对电机的保护。如果直接从节电状态切换到市电状态，相当于电机直接启动，启动电流是额定电流的4～7倍。对设备和电网的冲击非常大，同时容易造成接触器过早的损坏，甚至造成电机的烧毁。

    所以建议，在切换时，必须先停止电机（原系统的Y-△装置），再切换节电装置，后再启动电机。 

6   结束语

    对多数企业而言，电费是未被企业控制的后一项成本，人们普遍认为电费开支是难以被控制的，交电费天经地义，因为用电设备消耗多少电，是同其机电特性所决定的，主观的控制无能为力。很显然，此观念是错误的。在全国上下用电形势严峻的情况下，作为我们的企业而言，应该注重能源的节约，注重先进节能机制的采取，先进技术的应用，把能耗降到低 ，即保护环境又为企业创造经济效益。实践证明，通过一系列的技术和管理措施，企业至少可以减少20～60%的经营成本。

前言
    中国造纸工业有效生产能力自1990年以来，特别是自1995年以来一直在持续增长。到2002年底为止，我国有4000多个造纸厂，其中规模以上的有2600多家。2002年的总产量达到了3780万吨。在今后的l-2年中，还将会有近1000万吨的新增生产能力。目前我国造纸厂家众多，可是普遍存在着自动化控制水平较低、能耗高、纸品的质量和产量一定程度上受限制等状况。而随着社会经济的高速发展，人们对纸张的消费数量和纸张的质量要求也越来越高，这就要求造纸企业不断提高生产工艺和自动化生产水平，使纸产品能够满足日益发展的经济需求。
 
一、造纸机变频改造的必要性
    我国造纸机分部传动设备，以前采用SCR直流调速方式，由于存在滑环和炭刷造成可靠性和精度不高，从而导致纸机的机械落后，高车速也只有200m/min左右，很难同国外的1000m/min的高速纸机相比。造纸是一个连续生产的过程，因此生产线的连续和有序控制成为了制约成品纸质量和产量的瓶颈。直流调速系统在纸机的发展史上占有重要的地位，但由于直流电机存在维护难、抗环境能力差，主要表现如下：
（1）整流子磨损严重, 烧毁整流子的故障, 导致停机时间长；
（2） 直流电机维修困难多, 要求高, 修理费用也高；
（3） 测速发电机易磨损，造成传动系统精度低；
（4） 直流调速控制系统复杂, 调试困难, 一般技工很难调出好的机器
 

三、造纸机变频控制系统简介
     造纸机结构上大致有流浆箱，网部，压榨部，干燥部，压光，收卷几部分组成。传动系统是由多分部传动点组成的速度链式协调系统。使用变频控制系统可以使传动系统具备非常方便及jingque的调速功能：
（1）、 各分部传动点之间能保持固定的传动比，使各传动点上线速度保持一致。便于设备提速、减速，避免各传动点之间因线速度相差太大而断纸。
（2）、连续平稳地拖动纸机运行。
（3）、具有平滑加减速功能。
目前在纸机分部传动上使用的变频器必须能同时具备以下特点
（1）调速范围宽，在全速度范围内，效率必须在90%以上；
（2）功率因数高于0.9以上；
（3）输入谐波电流总失真小于3%；
（4）采用可靠性高、技术成熟的标准器件IGBT；
（5）能减少输出谐波分量并有效降低dv/dt噪音和转矩脉动的效果

    实例分析如：大连XX纸厂的五层纸生产线，采用安邦信G9变频器改造
    五层纸生产线主要有坑机、复合机、热板、纵切机、横切机组成。坑机用来将原纸制造出波浪，根据波浪的疏密程度可分为A、B、C、E四种。波浪是由电动机带动浪辊在固定的有槽的钢板上将纸挤压形成的。坑机电动机的功率一般在22KW和30KW。复合机用于将生产出来的浪纸和芯纸再加两层面纸复合在一起，这样就生成了五层纸板。在通过热板干燥，纵切机切边和压痕，然后由横切机进行剪裁。本次改造主要是4台坑机和热板的变频改造，以获得优良的调速效果和节能效果。如下图所示：

方案： 
    坑机和热板采用安邦信G9系列变频器，其电气图如下所示：
 

功能介绍：
    统调功能：采用主-从式结构，其速度可以通过统调电位器给定。将一台G9变频器作为主驱动输出，从驱动均采用G9系列产品，多台从驱动可以共用一台主驱动。
    微调功能：主驱动的运行频率通过统调电位器模拟口输出，作为从驱动变频器的初始同步转速，其偏差可以通过从驱动的微调电位器来修正。
    由于变频器具有较前强的过载能力和低频额定转矩，保证了速度不随负载的变化而变化。同时，克服低速时速度不稳定的缺陷。

系统优点
1、 本系统采用先进的变频控制技术，使电机软启动，减轻机械冲击和降低部分噪音，延长机械设备的使用寿命，减少机械维修费用。
2、  运行、操作、维护简便，提高产品的质量和产量。
3、节约大量的能源。

节电效果分析
    大连XX纸厂是大型造纸厂家，其中我公司改造的1760白板纸机有5个传动点，都是用电磁调速，各个传动速度断断续续很不稳定，生产中经常断纸，采用我公司设计的变频同步控制系统改造后取得很好的节能效果。
    改造前生产1吨纸用242.5度。，
    变频改造后生产1吨纸用127度电（6个月平均数）。
    每吨节约为242.5-157=85.5度。
    节电率达到：（85.5÷242.5）×=35.2%。
    也就是说，该造纸机进行改造后，每月可为该厂节约42750度电，按每度电0.7元计算，每月就可节约29925元。每年就可节约35.9万元。且操作从45米/分一直调到75米/分仍相当稳定，同步效果极好，提高了纸的产量，增加了企业的效益。  

结束语
　将生产线整体变频控制与改造后，生产线电机所需转速由电机直接给出，避免了转矩传递损失，既可实现电机联动控制，又可分别调速控制，整条生产线可由其统一指挥，有序工作。我们相信，随着交流变频控制系统及通讯技术的发展和完善，交流变频传动系统以其技术先进、调速范围宽，调速性能好，节电，操作方便等优点在新型造纸机上的应用越来越广泛

根据流体力学理论，电机轴功率P和风量Q、压力H之间的关系为： 
P=K＊H＊Q/η
其中K为常数；
η为效率。 
它们与转速N之间的关系为： 
Q1/Q2=N1/N2
H1/H2=（N1/N2）2
P1/P2=（N1/N2）3
          
                    

图中曲线1为风机在恒速下压力,H和流量Q的特性曲线，曲线2是管网风阻特性（阀门开度为）。假设风机在设计时工作在A点的效率高，输出风量Q1为，此时的轴功率P1=Q1＊H1与面积AH10Q1成正比。根据工艺要求，当风量需从Q1减少到Q（例如70%）时，如采用调节阀门的方法相当于增加了管网阻力，使管网阻力特性变到为曲线3，系统由原来的工况A点变到新的工况B点运行，由图中可以看出，风压反而增加了，轴功率P2与面积BH20Q2成正比，减少不多。 如果采用变频调速控制方式，将风机转速由N1降到N2，根据风机的比例定律，可以画出在转速N2下压力H和流量Q特性如曲线4所示，可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3将大幅度降低，功率P3（相等于面积CH30Q2）也随着显著减少，节省的功率△P=△HQ2与面积BH2H3C成正比，节能的效果是十分明显的。

    由流体力学可知，风量Q与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率P与转速的立方成正比，当风量减少，风机转速下降时，起功率下降很多。

    例如风量下降到80%，转速也下降到80%时，则轴功率下降到额定功率的51%；如风量下降到50%，功率P可下降到额定功率的13%，当然由于实际工况的影响，节能的实际值不会有这么明显，即使这样，节能的效果也是十分明显的。

    因此在有风机、水泵的机械设备中，采用变频调速的方式来调节风量和流量，在节能上是一个有效的方法。 

二、工作原理

1、Invt节能控制器采用新电脑控制技术，利用压力传感器信号及有关电气控制信号，根据供水管道的压力值控制水泵电机转速，将压力维持在所需的压力值上，将平时不必消耗的能量节省下来，从而达到节电的目的。
2、基本工作原理框图：

3、 Invt节能控制器特点：
l 保留原有控制程序不变，安装简便。采用市电/节能控制方式，以备故障时不影响生产。
l 利用电气控制，可将原有开、关式压力控制改为连续压力控制，压力控制更jingque，供水压力更平稳。
l 软起动装置，无级调速控制，可避免启动电流冲击。
l 系统功率因数大大提高，几乎没有无功损耗。
l 操作方便，高效的计算机控制，故障率几乎为零。同步运行，不需任何调节。 

三、节电效果预测

Invt节能控制器可大程度上降低水泵的耗电量，由于实现了无级调速控制，水泵的耗电量就与设备使用情况密切相关。经加装Invt节能控制器进行节电改造后，我们预计总体上的节电效果一般可达到25%～65%，有些可达到更高的水平。