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注塑机变频改造中常见故障分析与排除 |
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1 引言
近年来，中国注塑行业在市场经济的驱动下取得了长足的发展。而注塑机是注塑行业的主要能耗设备之一，因此降低注塑机的能耗成为注塑行业降低成本、提高产品竞争力的有效途径。随着变频调速技术的推广，变频调速技术在传动控制和节能领域已日渐得到广泛应用，尤其在注塑机（泵类）负载场合采用变频控制节能效果显著。但在注塑机上安装、调试、使用变频器时，经常会遇到一些比较棘手的故障问题，如何保证变频器的正常运行以及减少变频器的故障率，已成为我们技术人员必须面对的课题。下面结合笔者多年在注塑机行业节能改造经验，谈谈变频器在注塑机行业应用中遇到的常见故障分析与排除。
2 注塑机节能工作原理
在介绍故障处理案例时先简单的介绍一下注塑机变频节能原理。在注塑成型的一个周期中：锁模→射胶→保压→加料→冷却→开模→顶针→取料等各动作，对流量和压力要求是不一样的，通常射胶和锁模阶段对流量和压力需求很大，而在冷却和取料等阶段对流量和压力的需求却很小，注塑机在变频改造前，在每个工作周期内油泵的排量基本不变，当负载变小时，实际所需的流量较小，多余的流量通过溢流阀溢流掉，能量损失巨大。
注塑机用变频节能改造后，通过采集注塑机数控系统比例压力和比例流量信号，自动调整变频器对应各个动作的电机运转速度，以使油泵输出的流量和压力刚好能满足成型机系统工作需要，在非动作状态时(主要是冷却状态等)让电机处于低速运转状态，这样在很大程度上减少注塑成型机的能耗，进而达到节能目的。
3 故障分析与排除
3.1 案例一——故障信息：注塑机锁模死机
(1)案例简介：珠海某塑胶电子有限公司注塑机变频节能改造项目；设备名称：海天机械250t定量泵；电机功率：22kw；额定电流：42a；注塑产品：喇叭支架。
(2)故障现象：变频器安装调试完后，启动电机出现锁不了模而死机的现象，变频器操作面板也没有显示故障信息。现场技术员还反映注塑机在锁模时变频器已设定最大频率50hz运行，但还是锁不了模，注塑机在工频运行下锁模正常。
(3)故障分析：到现场听厂家技术员讲解说：“该注塑机成型的产品是大功率喇叭支架，成型时设置的比例压力比一般的模具要高很多，在工频下运行一天偶尔也会有一两次锁不了模。”听完技术员的这些话，可见排除故障不在注塑机本身，可以从变频器侧入手，拿万用表测量变频器输入电压350v左右，输出电压也才360v左右，可以确认是该厂的电网电压偏低而引起的故障。
有的人可能会想，变频运行到50hz频率怎么就开不了模呢？工频50hz频率怎么就能开模呢？经过现场实测，在负载、工况不变的条件下，使用工频50hz电源与变频50hz电源向电机供电，消耗的功率是不同的，使用变频后相同的50hz频率，所提供的功率小于工频电源提供的功率（约小于10%），因此会出现上述故障现象，这也是实践的结论。
(4)故障排除：针对以上故障信息，我们应该想到变频器里面的两个参数“最大输出电压和最大输出频率”，把这两个参数中的任一个提高到合理值即可，比如把最大输出电压由380v修改成400v或最大输出频率由50hz修改成55hz，都可以解决这个锁模问题。因为输入电压我们是不能改变的，但我们可以通过增加变频器的输出频率和输出电压来保证设备正常运行。切记两个参数都不要设置过大，能保证设备正常运行就可以了，设置过大会对电机不利。
图1 漏电流路径
3.2 案例二——故障信息：变频器偶尔报“模拟量输入异常故障”
(1)案例简介：深圳某实业有限公司注塑机变频节能改造项目。设备名称：东华机械150t定量泵；电机功率：15kw；额定电流：29.6a；注塑产品：奶嘴。
(2)故障现象：用户反映：“变频器安装好运行一段时间很稳定，由于生产需要更换了另一套模具，这时变频器工作一段时间后就会报“模拟量输入异常故障”而停机，按变频器故障复位按钮后又能正常运行，过了一段时间后又报同样的故障，把变频器转换到工频运行正常。
(3)故障分析：根据经验变频器报模拟量输入异常故障一般产生的故障原因有以下三种：模拟输入信号被干扰；模拟输入电路异常；模拟输入电压/电流过高。
到现场观察注塑机的工艺参数设置都在允许范围内，修改变频器参数也没有改善。由于变频器已经做了抗干扰处理暂时排除第一种故障原因，变频器能正常接收模拟量信号也排除第二种故障原因，最后就剩下第三种故障原因，此注塑机的比压/比流反馈信号是0～1a的电流信号，把万用表转换到电流档测量注塑机比例流量和比例压力信号，测量结果发现注塑机在高压锁模和射胶时电流达到1.2a左右，超出了变频器上注塑机控制卡的电流检查范围，才会报模拟量输入异常故障。主要原因是该注塑机使用十几年了，设备上的控制系统已经老化，造成设定参数与实际参数的误差变化大。
图2 环形强力磁铁实物图
(4)故障排除：变频器上的注塑机控制卡可以通过跳线选择电流输入范围0～2a、0～1a。把短接块插到0～2a电流档，重新修改变频器参数即可。
图3 注塑机绞牙功能平面图
(5)故障对策：针对这起故障问题，在些建议用户在选用变频器时，采用双通道信号隔离注塑机控制器，原因是抗干扰性强；要求提供2路独立的0～10v、0～24v、0～2a、0～1a输入端子，方便在注塑机上取各种反馈信号。
3.3 案例三——故障信息：漏电断路器跳闸
(1)案例简介：深圳某塑胶五金有限公司注塑机变频节能改造项目；设备名称：博创机械280t定量泵；电机功率：30kw；额定电流：58a；注塑产品：充电器外壳。
(2)故障现象：在变频器正常投入启动运行后，注塑机主回路控制柜的漏电断路器跳闸。在不带电机空载运行时，设备运行正常；但接上电机后，漏电断路器一瞬间就跳闸。
(3)故障分析：打开注塑机主回路控制柜，发现用户把总电源开关的断路器，更换成漏电断路器。为什么漏电断路器在使用变频器时容易跳闸呢？原因是由于变频器运行时输出电压中含有高次谐波分量，从而使电动机绕组与外壳之间、以及导线对地之间产生寄生电容，这些寄生电容通过导线与地、机壳与地构成漏电电流通路，如图1所示；变频器输出侧的漏电流大约为工频操作时的3倍多，外加电动机等漏电流，当这个漏电流大于漏电断路器的整定电流值时，漏电断路器就会跳闸。
(4)故障排除：遇到上述故障时，应采取如下方法与对策，故障可以得到有效排除：
使用专为高谐波/浪涌的漏电流而设计的漏电断路器，漏电断路器的动作电流应该大于工频工作时漏电流的5倍以上;
漏电断路器应设于变频器的输入侧，至于空开之后较为合适;
采取降低变频器载波频率的方式，减少寄生电容造成的对地漏电流的影响;
采用在变频器输入侧加装隔离变压器的方法隔离漏电流;
有必要时最好在变频器输入/输出端加装电抗器来抑制，无非就是增加成本。
3.4 案例四——故障信息：干扰加热系统的温度
(1)案例简介：珠海某电器有限公司注塑机变频节能改造项目；设备名称：华大机械190t定量泵；电机功率：18.5kw；额定电流：36a；注塑产品：触摸屏用的镜面。
(2)故障现象：变频器投入使用后干扰注塑机加热系统，使注塑机系统报警而不能正常运行，注塑机上几个温区的实际温度与设定温度有几十度甚至上百度的误差变化（正常的误差是0～8℃）。
(3)故障分析：注塑机变频节能改造中常遇见的问题就是改造后干扰注塑机不能正常运行，注塑机加热系统一般采用热电偶检测温度，这种检测元件容易受变频器输出高次谐波干扰，从而造成注塑机温度显示和控制不准确。
(4)故障对策：可以从以下几方面来抑制干扰：
尽量缩短变频器与注塑机电动机之间的连线，动力线用金属软管套装；
在变频器的输入侧和输出侧加装磁环，降低变频器的载波频率；
把注塑机的电源地与电机外壳地必须可靠接入变频器的接地端子；
给注塑机内部温控电偶供电电源加阻容滤波电路；
给注塑机加热系统的温控电偶供电电源线加装在环形强力磁铁，电源线在强力磁铁上一起朝同一方向缠绕3～5圈即可。这是一种比较实用和经济的解决方法，有的同行可能没有见过强力磁铁，请看下图2所示（标准值：外径25mm，内径10mm）。
(5)故障排除：第一种至第四种的方法都一一尝试过，故障现象有一定的改善，但注塑机上的温度变化还是偏大。当采用第五种方法后故障现象得到了明显的改善，加热系统上的温度变化基本与工频运行下一样。
3.5 案例五——故障信息：托模动作时死机
(1)案例简介：佛山某实业有限公司注塑机变频节能改造项目；设备名称：三菱机械280t变量泵；电机功率：30kw；额定电流：59a；成型产品：茶杯上用的旋盖。
(2)故障现象：用户反映注塑机用变频节能改造后，安装其它模具注塑产品时运行正常，但安装做旋盖的模具时，注塑机在托模（也称顶钟）动作时死机，变频器上没有显示故障信息，用户把变频器的频率给到最大还是死机，把变频器转换到工频运行正常。
(3)故障分析：现场观察注塑机在变频下的工作状态，发现变频器在注塑机开模动作时运行频率在40hz以上，到托模时就只有几赫兹运行，故障应该就出在这里。经过与注塑机维修人员的技术交流，从他口中得知：“做这个旋盖制品的模具是带有螺纹的，这要用到注塑机上的绞牙功能如下图3所示，要想取出制品必须通过绞牙旋转的方式，在整个注塑成型工序中绞牙的动作和顶针动作发生的时间点差不多；而绞牙功能是通过一个独立的电磁阀控制，而这个电磁阀是不受注塑机主信号的控制。”分析到这里应该明白故障的原因了。
(4)故障排除：在故障分析里面我们提到绞牙功能的动作是由一个独立的电磁阀（dc24v）控制，我们只要在这个电磁阀上并一个直流继电器，然后从直流继电器上取一个常开信号到变频器多功能输入端子做一个多段速控制，由于绞牙功能用到的压力很大，现场尝试把变频器多段速频率设定为45hz都不能成功，设定为50hz频率后，才能保证注塑机正常生产。
3.6 案例六——故障信息：射胶动作时螺杆振动
(1)案例简介：西安市某塑料水管厂注塑机变频节能改造项目；设备名称：桦钦机械210t定量泵；电机功率：22kw；额定电流：42.8a；成型产品：pvc水管接头。
(2)故障现象：代理商技术人员在现场安装、调试好变频器后，在变频下启动注塑机电机开始生产，注塑机在射胶时螺杆(如图3所示)振动声很大，但注塑机没有死机变频器也没有报故障，可是影响注塑机的正常生产。现场技术人员尝试了很多方法还是解决不了故障问题，最后请求技术支持。
(3)故障分析：到达现场后，先把注塑机转换到工频运行正常，再把注塑机转换到变频下运行，观察注塑机在射胶刚开始时还稳定，射胶快完成时螺杆振动发出的声音很刺耳，感觉变频器拖动电机很无力，后来把变频器频率给定增大到50hz故障依然如此；后来查看注塑机的工艺参数设置发现射胶设定的动作时间为5s，第三段射胶设定的最大压力为130dar、最大速度为85%，在注塑机应用中设置这么高的参数很少见，后询问该厂技术人员，才得知这种注塑制品pvc塑料管材是聚氯乙烯材料，这种材料注塑成型产品时要求的压力都很大。了解后心里大概有个低了，拿着钳形电流表测量电机运行电流吓一跳，注塑机在射胶时的运行电流达到了80多安培，就是说电机过载到了200%，而且还要持续好几秒钟，这也难怪在变频运行下螺杆振动。
(4)故障原因：就是因为变频器在射胶动作时已进入电流限幅工作状态，变频器在运行过程中，由于射胶时负载太重，变频器输出电流会超过其限幅水平值，变频器会自动降低输出频率，当变频器输出电流小于电流限幅水平值时，就按正常的输入指令运行。
(5)故障对策：由于此注塑机选用变频器时是按标准配置的，22kw变频器额定电流为45a，过载能力200%的额定负载条件下只能连续工作1s。注塑机电机在射胶动作时工作电流已达到80多安培，这是典型的小马拉大车现象，变频器肯定经不起折腾，建议放大一个功率等级使用。
4 结束语
注塑机变频节能改造看似比较简单，其实真要做起来个中的酸甜苦辣也够让每一位工程技术人员受的。随着变频调速技术在注塑机上的不断推广，以后在注塑机上做变频节能改造时，一定会遇到不少故障问题，这时就是考验我们每一个现场技术人员现场故障分析能力，故障处理能力和丰富的现场实践经验。
以上是本人在注塑机节能改造中遇到的一些故障处理经验和心得。希望上述工作对于从事变频节能改造的同行们在以后的设计应用工作中能有所参考和借鉴。(end)
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(10/25/2011) |
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