用於調節壓鑄機的傳動單元的方法
2023-06-09 14:20:51 2
專利名稱：用於調節壓鑄機的傳動單元的方法
技術領域：
本發明涉及一種對包括至少一個第一電機和一個第二電機以及調節單元的壓鑄機(Spritzgie^maschine)的傳動單元(Antriebseinheit)進行調節的方法，其中，壓鑄機的一個元件，尤其是緊固底板或噴射器是由電機經傳動系來驅動，而所述調節單元負責調節第一電機和第二電機的轉速。此外，本發明還涉及壓鑄機的傳動單元，負責執行所述方法。
背景技術：
在具有較大的噴射器或特別大的受驅動元件的壓鑄機，由於功率需求量高(超過 IOOkff)常常使用多個並行的傳動裝置。在這種情況下需要特別關注位置的同步性或角同步性，避免機械扭曲或變形，其中已知的是，例如，藉助橫向通訊直接在各電機的傳動調節器上執行傳動裝置的同步處理。已知的還有一種中央調節，但是，在這種調節方法中動態過渡的質量不怎麼令人滿意。由於是以重疊功能單元(例如，機械調節)的形式進行調節，因此延遲時間或者說通訊時間相對較長並落後於當前的電機功率。
此外，已知的還有主-從-應用，一個傳動裝置的實際值被用作其它傳動裝置的額定值。其缺點是，由於傳動裝置的滯後，總是有偏差。尤其是當主動-傳動裝置較強時，一個較弱的從動-傳動裝置可能會不再跟隨第一個傳動裝置的實際值，從而導致傳動裝置出現不受歡迎的異步(性)。
雖然EP1121627B1中介紹過通過使不同的傳動裝置同步化來調節壓鑄機的傳動單元，但是在這個不屬於同類的文章中，各傳動裝置驅動的是壓鑄機的不同的元件。與此相對，本發明所涉及的是對一個元件和相同的元件起作用的傳動單元或電機。出於這個理由， 按照本發明必須對各電機的精確同步賦予特別的重視。
如果觀察一個完美的傳動系對稱系統，只要是初始條件和額定值的給定也彼此一致，傳動裝置應該是動作一致並且不會出現偏差。當然，在現實中肯定會出現偏差，像不同的摩擦，不同的力矩加強，機械公差或測量缺陷。發明內容
本發明的任務是，發明一種優於背景技術的傳動單元的調節方法。尤其是更使至少兩個對壓鑄機的同一個元件或多個相同的元件起作用的傳動單元(電機和傳動系)準確地同步化。換一句話說就是，傳動裝置，尤其是與傳動軸剛性(例如，通過滾珠絲槓桿傳動或帶傳統)連接的傳動裝置應該執行儘可能均衡的運動。
結合權利要求1總概念的特徵，這項任務的解決是通過由調節單元在第一步驟依據至少兩個位置傳感器的存儲的位置計算出假定的位置額定值，然後計算出各檢測位置與假定的位置額定值之間的偏差並隨後由調節單元依據算出的偏差把修正的轉速調節信號輸出給電機。藉此可以根據各電機或傳動系的位置偏差對電機或傳動系偏差相對作出反應並通過相應地修改轉速給定值使這些電機或傳動系相互配合。測量的位置在這裡可以是電機或傳動系的某一元件走過的路徑。
不排除各傳動單元的假定的位置額定值相互不同，因為，例如，當有多個傳動單元時，這些傳動單元是相互不同的，因而假定的位置額定值也不一樣。但是優選規定，偏差的計算以全部傳動單元共享的假定的位置額定值為基礎。該假定的位置額定值可以優選是存儲的傳動單元位置的平均值。
根據本發明的一個結構形式，傳動單元可以有定位調節器形式的調節單元，該定位調節器監控輸入的錯誤並進行均衡處理。這意味著，從電機的各輸入位置中形成平均值並且定位調節器的輸出轉速值被繼續傳遞給電機，從而使各傳動單元的位置相互一致。在偏差很小的情況下，如果全部的傳動裝置都處於調節極限之內，只用這種定位調節器或者說調節單元就可以使各電機良好地一致運轉。
但是，為了能夠補償傳動系中的自然差異，特別是在當傳動裝置處於力矩極限和不再能夠跟隨給定的速度信號時，可以優選規定，可依據測量或估計的由電機驅動的傳動系的負載力矩對轉速調節信號進行限制。藉此可以在功率極限範圍進行同步調節。通過這種限制可以解決的問題是，由於過大的轉速變化，而這種變化本該必須依據由定位調節器算出的偏差來執行，在傳動單元容易因過載出現損壞。原則上可以由外部給定這種限制或者通過轉速由重疊的調節單元給定。換句話說，通過這種限制可以解決的問題是，定位調節器獲得速度給定值，而由於限定的調節量該給定值不能被跟隨。藉此可以保證定位調節器的作用。原則上也可以測量傳動力矩和位置並從中計算(估算)出負載力矩。但是也可以通過自有的傳感器測量負載力矩或從測量信號(例如，壓力)中計算。
特別優選，這樣一種限制方法的實施可以通過限制調節單元的轉速調節信號的限制器；存有電機的速度圖形(Gesctiwindigkeitsprofil)的簡檔存儲器(Profilspeicher)， 可以從中讀取電機的轉速額定值，每臺電機一個轉速傳感器，可以通過該傳感器測量電機的當前轉速，負載力矩傳感器或者負載力矩估算器，可以藉此測量或估算傳動系的當前的負載力矩；和加速度計算器，通過該加速度計算器可以依據估計的或者測量的負載力矩、轉速額定值和當前的轉速計算出每個傳動系的允許最大加速度，然後通過限制器依據算出的允許的最大加速度計算出轉速調節信號的極限值。
特別優選，限制器的執行方式是，首先由限制器把轉速額定值與計算的極限值進行比較，然後——如果轉速額定值處於極限值之外——確定受限制的，處於極限值範圍內的轉速額定值並且傳輸給調節單元。藉此給限制器規定允許的最大或最小加速度。限制器通過這個值決定或計算，是否把外部給定的轉速絲毫不差地繼續傳遞給調節單元或者是否會因此造成不允許的加速並因此而產生過載。換句話說就是，限制器決定，轉速是處在允許的範圍還是處於不允許的範圍。藉助實際-轉速，額定-轉速和測量的負載力矩在電機或傳動系中計算這種允許的加速。也可以選擇估算允許力矩。
原則上，本發明可以用於帶任意數量並行電機的傳動單元。但是，具體來講，本發明的方法最適合帶2到4臺獨立電機的傳動單元。當電機或傳動系呈一樣的或對稱結構時， 比較有利，而且按照本發明的方法或設備也適合於具有不同傳動系的傳動系統。原則上，傳動系統對外應像傳動裝置一樣動作，並且只需要一個額定轉速(調節量)。
可在中央控制單元進行調節，但是也可以分布在多個分散的單元，像傳動調節器。 中央控制單元也可以通過總線連接起來。在這個概念中可以考慮到出現的延遲時間。
以本發明為基礎的任務也可以通過一個具有權利要求6特徵的傳動單元來解決。 這種傳動單元的優選結構形式將通過相關的權利要求進行描述。
以下將藉助
並參考唯一的附圖中所示的實施示例對本發明的其它細節和優點進行詳細的說明。
這個唯一的附圖1描述的是一個由至少兩個電機Ml和M2及其各自的傳動系2組成的壓鑄機的傳動單元1，傳動系共同作用於壓鑄機的元件3 (模具緊固板)。模具12通過該模具緊固板上下運動。在這個唯一的示圖中只顯示出兩個電機Ml和M2，當然這個示圖可以通過其它的電機進行模塊式第擴展。
具體實施方式
Ml和M2受同步調節，進行調節時需要至少有調節單元4，限制器7和加速計算器 11。原則上在唯一的示圖中所示的元件被視為調節方法或傳動單元的邏輯部分。這說明， 它們不必強制性地被視為傳動單元的分離的或具體的元件或計算單元，而是更換多地以計算-邏輯形式被集成在傳動單元1的整個系統機構。所述的方法概念包括，只要電機Ml和 M2的偏差處於允許的極限範圍之內，就可以根據傳動單元1的通常的允許狀態進行調節。 一個重疊的，基本的流程控制和故障處理(例如，當壓鑄件被卡住時)不是本概念的內容， 但是當然也可以有。
原則上電機Ml和M2按一定的轉速Iiaktl和nakt2運動，轉速通過調節單元4作為轉速調節信號nrefl和nMf2 (控制信號)傳遞給電機Ml和M2。調節單元4依據由位置傳感器 5輸送的位置數據Pl和P2計算轉速調節信號nMfl和nref2。位置傳感器5可以測量傳動系 2或電機Ml和M2的一個元件的位置，然後輸出信號被存儲在存儲器6並經常更新。位置數據Pl和P2經常被調節單元4讀取，調節單元4從中計算出兩個位置信號Pl和P2的平均值。由於各位置Pl和P2之間的平均值不一樣，每次都計算偏差Dl和D2。轉速調節信號 nrefl和n,ef2由調節單元4根據算出的偏差Dl和D2進行均衡並輸出，在均衡過程中電機Ml 和M2的位置Pl和P2相互一致。
當位置Pl和P2間的偏差很小時，同步調節的這部分沒有問題。就是說，只要傳動裝置處於其當前的調節量限制之內，由於集成的路程該位置調節器4足以實現靜態準確性。
但是，當一臺傳動裝置處於調節極限時，該傳動裝置在消除故障時會受到很大的限制。這種狀況通常會導致出現不允許的高的偏差，因而一定要避免出現這種狀況。因此， 轉速調節信號nrefl和nMf2沒有過高的數值就顯得很重要，否則的話會受到限制。這可藉助限制器7進行。該限制器7限定由簡檔存儲器8及其速度圖形或其壓力調節器給定的額定速度ns。n，從而使傳動裝置能夠跟隨信號，但不會有過載。
但是，為了能夠計算極限值nlim，需要加速度計算器11。傳動系2中的當前的負載力矩Ll和L2由負載傳感器10和/或從屬的傳動調節器(從屬的力矩調節器，轉速調節器和電流調節器)傳遞給加速計算器11，傳動力矩Maktl和Makt2直接由電機Ml和M2傳遞給加速計算器11。此外，電機Ml和M2的當前的轉速Iiaktl和nakt2或當前的角度或位置也被傳遞CN 102545734 A給加速計算器11 (代替當前的速度或轉速，可以在電機中測量位置或角度並且通過中間計算步驟從中確定或推算出速度或轉速)。此外，加速度計算器11還從調節單元4獲得轉速調節信號nMfl和nref2。加速度計算器11根據輸送的數值算出每個傳動系2的最大允許加速度Bl和B2並且輸出給限制器7。同樣，也向限制器7輸送轉速額定值ns。n。此外，限制器7也從轉速傳感器9獲得當前的轉速Iiaktl和nakt2。限制器7根據這些數值和加速計算器 11的最大允許加速度Bl和B2計算，轉速額定值 皿是否處於極限值nlim的範圍之內。如果情況屬實，轉速額定值ns。lltt毫無保留地繼續傳輸給調節單元4。但是，如果轉速額定值 nsoll處於極限值nlim的範圍之外，則受限的轉速額定值ns。n被輸出給調節單元4。
換句話說，在理想的情況下轉速額定值ns。u從存儲器8內的速度或壓力調節圖形直接流向電機Ml和M2。但是，當電機Ml和M2的位置Pl和P2-像通過自然情況所產生的那樣-相互有偏差時，可通過調節單元4在第一步驟通過把轉速給定信號從ns。u改到nMf進行校正。此外，該額定值信號ns。n還受加速度計算器11和限制器7的影響，首先是，當轉速額定值ns。n導致額定加速度，而該額定加速由於當前的負載和調節極限又不能實現時。因此，要阻止電機Ml或M2內產生過大的加速度，否則會造成在電機Ml和M2或傳動系2內部出現損傷。
原則上，在加速計算器11的後面有電機慣性模型。通過推導測量的角速度和力矩，可以計算在各傳動裝置主導的負載力矩(摩擦，壓力，測量錯誤)。藉此可以計算其餘的最大加速力矩並隨後計算各傳動裝置的可能的加速度。為了限制更改額定速度，可通過形成各傳動裝置的最小和最大值計算產生的數值。計算時需要當前能夠提供的最大和最小傳動力矩。理想的情況下這些數值可作為測量值。如果不是這種情況，也可以估計該值。
為了確定可能的加速度，需要知道當前的最大力矩。由於熱載荷或應力極限，在運行過程中，該最大力矩與額定的最大力矩相比可能會降低。即使傳動裝置也處於力矩極限， 最大力矩也只是可以觀察得到。通常不會是這種情況，因此該值是觀察不到的。如果傳動裝置處於調節極限並且參考值，測量值和算出的值可以通過估計器觀察到，可以通過邏輯連接從這些值中確定附加條件的平均值。
在限制器中，從速度圖形或壓力調節器生成的參考速度受到限制。基於對負載力矩和最大力矩的估計，通過邏輯連接從當前的速度和加速限制中計算出極限值。
因為在該限制器中通常限制輸出，因此在封閉式調整電路中的性能方面適合把調節值回饋給重疊的調節器，以便避免負面影響。
因此，通過本發明介紹一種改進的方法，利用該方法可以對通過傳動系來影響壓鑄機的共同元件3的電機Ml和M2進行調整。尤其是通過觀察或估計傳動系中的負載力矩 Ll和L2，可能的或算出的最大力矩或最大加速度Bl和B2，可以對電機Ml和M2的轉速給定進行監控，以便在為了調整傳動系的位置Pl和P2而經常更改電機轉速η時不會出現過高的，可能會損壞傳動系的位置偏差或角偏差。
權利要求
1.一種用於調節壓鑄機的傳動單元(1)的方法，該壓鑄機包括-至少一個第一電機和至少一個第二電機(Ml，M2)，壓鑄機的一個元件(3)由這些電機經傳動系( 來驅動，該元件尤其是緊固底板或噴射器，-調節單元G)，通過該調節單元來調節第一電機(Ml)的轉速(nM1)和第二電機(M2) 的轉速(nM2)，其特徵在於，傳動單元(1)具有-至少兩個位置傳感器(5)，通過這些位置傳感器測量第一電機和第二電機(M1，M2)的位置(P1，P》並且輸出相應的信號，該相應的信號優選是角信號，和 -存儲器(6)，檢則到的位置(P1，P2)被存儲在該存儲器中，其中，由調節單元(4)在第一步驟中依據所述至少兩個位置傳感器的所存儲的位置 (P1, P2)計算出假定的位置額定值，然後計算出各個所檢測到的位置(Pl，P2)與該假定的位置額定值之間的偏差(Dl，D2)，並隨後由調節單元(4)依據相應算出的偏差(Dl，D2)把修正後的轉速調節信號(nMfl，nMf2)輸出給電機(M1，M2)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該假定的位置額定值是所存儲的位置 (P1，P2)的平均值。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，能依據所測得的或估計的由電機 (M1，M2)驅動的傳動系O)的負載力矩(L1，L2)對轉速調節信號(nrefl，nMf2)進行限制。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，設置有-限制器(7)，由該限制器(7)限制調節單元⑷的轉速調節信號(nMfl，nref2)， -存有電機(M1，M2)的速度圖形的簡檔存儲器(8)，從該速度圖形中讀取電機(M1，M2) 的轉速額定值(ns。n)，-對於每臺電機(Ml，iC)有一個轉速傳感器(9)，通過該轉速傳感器測量電機(M1，M2) 的當前轉速(Hakt)，-負載力矩傳感器(10)或者負載力矩估算器，通過該負載力矩傳感器(10)或者負載力矩估算器測量或估算傳動系O)的當前的負載力矩(L1，L2)和-加速度計算器(11)，通過該加速度計算器依據所估計的或者測得的負載力矩(Li， L2)、轉速額定值(ns。u)和當前的轉速(Iiakt)計算每個傳動系( 的允許的最大加速度(Bi， B2),然後通過限制器(7)依據算出的允許的最大加速度(Bi，B2)計算出轉速調節信號 (nrefl，Href2 )的極限值(nlim)。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，首先由限制器(7)把轉速額定值(ns。n)與計算的極限值(nlim)進行比較，然後在轉速額定值(ns。u)位於極限值(Iilim)之外的情況下確定受限制的處於極限值(Hlim)範圍內的轉速額定值(η『lim)並且傳輸給調節單元G)。
6.一種壓鑄機的傳動單元(1)，尤其用於執行根據權利要求1至4中任一項所述的方法，具有-至少一個第一電機和至少一個第二電機(Ml，M2)，壓鑄機的一個元件(3)由這些電機經傳動系( 來驅動，該元件尤其是緊固底板或噴射器，-調節單元(4)，用於調節第一電機(Ml)的轉速(nM1)和第二電機(M2)的轉速(nM2)， 其特徵在於，具有-至少兩個位置傳感器(5)，通過這些位置傳感器能測量第一電機和第二電機(M1，M2) 的位置(P1，P2)並且能輸出相應的信號，該相應的信號優選為角信號，和-用於存儲檢測到的位置(P1，P2)的存儲器(6)，其中，調節單元(4)依據所述至少兩個位置傳感器(5)的所存儲的位置(Pl，P2)計算出一個假定的位置額定值，並且計算出各個檢測到的位置(Pl，P2)與假定的位置額定值之間的偏差(Dl，D2)，其中由調節單元(4)依據算出的偏差(Dl，D2)把修正後的轉速調節信號(nMfl，nref2)輸出給電機(Ml，M2)。
7.根據權利要求6所述的傳動單元，其特徵在於，該假定的位置額定值是所存儲的位置(P1，P2)的平均值。
8.根據權利要求6或7所述的傳動單元，其特徵在於，設置有-限制器(7)，用於限制調節單元的轉速調節信號(nMfl，nref2)，-存有電機(Ml，M2)速度圖形的簡檔存儲器(8)，從所述速度圖形中能讀取電機(M1， M2)的轉速額定值(ns。n)，-對於每臺電機(Ml，iC)有一個轉速傳感器(9)，該轉速速傳感器測量電機(M1，M2)的當前轉速(nakt)，-負載力矩傳感器(10)或者負載力矩估算器，該負載力矩傳感器(10)或者負載力矩估算器測量或估算傳動系的當前的負載力矩(Li，L2)-加速度計算器(11)，通過該加速度計算器能依據估計的或者測得的負載力矩(Li， L2)、轉速額定值(ns。n)和當前的轉速(Iiakt)計算出每個傳動系O)的允許的最大加速度 (B1，B2)，其中能由限制器(7)依據算出的允許的最大加速度(Bi，B2)計算出轉速調節信號 (nrefl，Href2 )的極限值(nlim)。
9.根據權利要求8所述的傳動單元，其特徵在於，限制器(7)把轉速額定值(ns。n)與計算的極限值(nlim)進行比較，並且在存在位於極限值(Iilim)之外的所存儲的轉速額定值 (nsoll)的情況下將轉速額定值(ns。u)限制為處於極限值(nlim)範圍內的轉速額定值(ns。n, lim)，其中這個處於極限值(Hlim)範圍內的轉速額定值(ns。n,lim)能傳輸給調節單元G)。
全文摘要
用於調節包括至少一個第一電機和第二電機(M1，M2)及調節單元(4)的壓鑄機的傳動單元(1)的方法，壓鑄機的一個元件(3)，尤其是緊固底板或噴射器由這些電機經傳動系(2)驅動，調節單元負責調節第一電機(M1)的轉速(nM1)和第二電機(M2)的轉速(nM2)，傳動單元(1)有至少兩個位置傳感器(5)，通過它們可測量第一電機和第二電機(M1，M2)的位置(P1，P2)並輸出相應的信號，優選是角信號，還有存儲器(6)，檢測的位置(P1，P2)被存儲在該存儲器，由調節單元(4)在第一步驟依據至少兩個位置傳感器的存儲的位置(P1，P2)計算出假定的位置額定值，然後計算出各檢測位置(P1，P2)與假定的位置額定值之間的偏差(D1，D2)並隨後由調節單元(4)依據算出的偏差(D1，D2)把修正的轉速調節信號(nref1，nref2)輸出給電機(M1，M2)。
文檔編號H02P5/747GK102545734SQ201110361808
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月20日 優先權日2010年10月20日
發明者B·漢內斯 申請人:恩格爾奧地利有限公司