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1、項目介紹
由于塑料加工行業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模化和生產(chǎn)工藝日益的提高，原有的塑料加工機械已經(jīng)無法滿足客戶的需求，因此有我公司和國內(nèi)某塑料機械生產(chǎn)企業(yè)合作，針對他們原有的塑料吹膜機械進(jìn)行了改造，提高該機械的技術(shù)含量和產(chǎn)品的競爭力，以此來滿足客戶日益提高的要求。
螺旋擠出機械對電機系統(tǒng)的要求是低轉(zhuǎn)速、大扭矩輸出。然而，目前螺旋擠出機械普遍采用的電機系統(tǒng)是由電機、變頻器及減速機構(gòu)組成，存在效率低、調(diào)速范圍小、耗電大、在負(fù)載變化是響應(yīng)不夠快導(dǎo)致吹出的膜厚度不均、減速機構(gòu)的定期維護(hù)工作繁瑣以及在生產(chǎn)過程中減速機構(gòu)潤滑油泄漏造成工作環(huán)境較臟等缺點。廣州博瑋伺服科技有限公司采用BWS-BH交流異步電機的伺服控制技術(shù)，對塑料吹膜機的螺旋擠出電機系統(tǒng)進(jìn)行了改造，彌補了以上的不足，為此類機械的產(chǎn)品升級換代提供了一種創(chuàng)新的思路和解決方案。
2、解決方案
BWS-BH伺服電機系統(tǒng)采用低速、大扭矩電機和BWS-BB伺服控制器取代原有的電機和變頻器，取消了原有傳動機構(gòu)中的減速機，使系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)得到簡化，并且彌補了上述的不足，使得新型的機械無論在技術(shù)含量和加工工藝都有了長足的進(jìn)步，不僅滿足了客戶的要求，而且在節(jié)能、機械維護(hù)的簡化、工作環(huán)境的改善等方面也有了很大的提高，提高了產(chǎn)品的競爭力。
（1） 機械結(jié)構(gòu)
改造前后機械結(jié)構(gòu)如圖1所示。
由于該類產(chǎn)品已是定型的產(chǎn)品，所以為了不使相應(yīng)的配套產(chǎn)品也有過多的改變而提高改造的費用，我們沿用了原有的操作界面，并且留有備用接口提供給廠家，以方便他根據(jù)客戶的要求，增加其它用途。其螺桿擠出部分主電機操作界面如圖2所示。
（2）軟件編程
針對吹膜機的技術(shù)要求，編寫相應(yīng)程序來滿足相關(guān)要求，其程序設(shè)計流程如下所示：
（3）改造案例
Ø 改造案例一
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原系統(tǒng) |
BWS伺服控制系統(tǒng) |
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電機 |
電磁調(diào)速異步電機 |
低速大扭矩異步電機 |
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功率 |
15KW |
5.5KW |
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額定轉(zhuǎn)速 |
1250rpm |
150rpm |
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基頻/極數(shù) |
50Hz/4極 |
11Hz/8極 |
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額定轉(zhuǎn)矩 |
95N.m |
350N.m |
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皮帶減速 |
1:3 |
1:2 |
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減速機 |
1:2.6 |
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控制器 |
電磁調(diào)速器 |
BWS伺服控制器 |
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編碼器 |
無 |
有 |
Ø 改造案例二
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原系統(tǒng) |
BWS伺服控制系統(tǒng) |
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電機 |
交流變頻異步電機 |
低速大扭矩異步電機 |
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功率 |
15KW |
7.5KW |
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額定轉(zhuǎn)速 |
1430rpm |
170rpm |
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基頻/極數(shù) |
50Hz/4極 |
13Hz/8極 |
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額定轉(zhuǎn)矩 |
95N.m |
421N.m |
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皮帶減速 |
1:1.67 |
1:3 |
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減速機 |
1:8.42 |
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控制器 |
變頻器 |
BWS-BB伺服控制器 |
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編碼器 |
無 |
有 |
3、項目改造效果
Ø 塑料螺旋擠出機械的主軸轉(zhuǎn)速較低，一般在0~160rpm左右。使用普通
電機，需要1:10以上的減速機構(gòu)。BWS-博瑋公司特別研發(fā)的低速大扭矩電機采用增加電機極數(shù)、降低電機基頻的方法，使電機的額定轉(zhuǎn)速降到200rpm以下，而電機的輸出轉(zhuǎn)矩大幅度提高，因而可以減小或取消減速機。為防止故障堵轉(zhuǎn)損壞電
機，保留了一級皮帶或鏈條傳動。
Ø 變頻器調(diào)速在電機的基頻點是效率和輸出轉(zhuǎn)矩的最高點，根據(jù)其特征曲
線，在基頻以下輸出轉(zhuǎn)矩和效率都在下降，因此為在低速時保證足夠的輸出轉(zhuǎn)矩，必須加大電機功率。而時光伺服控制器在電機基頻以下保持恒轉(zhuǎn)矩輸出，具有三倍額定以上轉(zhuǎn)矩的過載能力。因而時光的伺服控制系統(tǒng)可以以較低的額定轉(zhuǎn)速到零轉(zhuǎn)速之間都保證輸出轉(zhuǎn)矩不小于額定轉(zhuǎn)矩。根據(jù)變頻器控制低速時電機的轉(zhuǎn)矩下降曲線，伺服控制器可以將電機功率減小到變頻控制的1/2~2/5。
Ø 如果使用變頻器驅(qū)動低速大扭矩電機，由于其調(diào)速范圍小，低速轉(zhuǎn)矩不
足，在低頻時工作狀態(tài)不良。在低于8Hz的情況下，力矩明顯不足。BWS伺服控制器具有0~400Hz的調(diào)速范圍，且低頻力矩特性良好，可在低速時平穩(wěn)精確的控制電機。對于吹膜機等對薄膜厚度有嚴(yán)格要求的設(shè)備，可以精確控制電機，與變頻器相比具有很大的技術(shù)優(yōu)勢。
4、經(jīng)濟及社會效益分析
Ø 通過廣泛比較，博瑋伺服控制系統(tǒng)的成本與所取代的系統(tǒng)成本基本持平
或略高。
Ø 由于取消了減速機，節(jié)約了鋼鐵材料、減少了鑄造和機加工工序、減化
了安裝調(diào)試過程、降低了機械的維護(hù)成本。
Ø 節(jié)約能源，節(jié)電率達(dá)30-40%，節(jié)電的費用對于產(chǎn)品的最終用戶有較大的吸引力。按上述改造案例進(jìn)行成本分析，電機功率減小7.5kw，按耗電量減少5kw計算，每小時5度（kwh）電，一天節(jié)電120度（此類機械需要預(yù)加熱過程，故連續(xù)生產(chǎn)最為經(jīng)濟）。按工業(yè)用電0.75元/度計算，一天節(jié)電費用90元；一個月按25天計算，每月節(jié)電費用2250元。一個月的節(jié)電費用已完全可以收回因采用伺服控制的電機系統(tǒng)所增加的成本，以后的節(jié)電費用便可以大大降低用戶的生產(chǎn)成本。
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