注塑機節能伺服液壓控制系統的製作方法

2023-06-12 19:55:21

專利名稱：：注塑機節能伺服液壓控制系統的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及注塑機
技術領域：
，具體為一種多泵合流的注塑機節能伺服液壓控制系統。(二)
背景技術：
：注塑機的液壓系統包括電動機及其帶動的油泵，控制電動機的轉速即可控制油泵的轉速，進而控制液壓迴路的壓力或流量，達到操控注塑機各機構的目的。早期是用異步電動機直接驅動油泵，這種注塑機液壓系統難以節能。後採用變頻器控制異步電動機，雖然有一定的節能效果，但普通異步電機耗能高，注塑響應速度慢，效率低。且注射的重複精度低。特別是低轉速時無法實現節能控制。近期的注塑機液壓系統採用"伺服電機+控制器"驅動油泵，獲得很好的節能效果和控制精度，正廣泛應用。例如申請號為200610155035.8的發明專利申請"伺服節能注塑機"、申請號為200420110348.8的實用新型專利"一種採用交流伺服控制液壓變量型注塑機"、申請號為200520058838.2的實用新型專利"注塑機油壓伺服控制裝置"、申請號為200520056512.6的實用新型專利"伺服控制高效節能全閉環注塑機"等。申請號為200710069994.2的發明專利申請"注塑機的伺服節能控制系統"採用壓力傳感器檢測油路壓力、轉速傳感器檢測電機轉速，檢測信號經處理後直接輸出給伺服控制器，控制電機的扭矩和轉速，即控制油泵泵出的液體壓力和流量。電機、檢測部件和油泵之間形成了閉環系統，有較好的節能效果。但是，為了保證較大的工作流量、壓力和機構運行速度，這類的注塑機液壓系統需要配備單位轉速流量較大的油泵，因而與油泵配套的電機及其驅動器的功率容量也需要加大。目前普通大功率電子開關模塊的電流等級難以達到所需大小，受其制約，大功率的伺服控制器價格較高，因而液壓控制系統的成本上升。另外當注塑機處於保壓階段時，液壓迴路液體洩漏很少，油泵只需要泵出很少流量便可維持液壓系統的壓力穩定；但單位轉速流量較大的油泵即使在最低轉速其泵出的流量也已大於液壓迴路洩漏的流量，會導致液壓系統壓力上升、影響注塑質量。為了避免液壓系統壓力過大，通常的做法是在液壓迴路上安裝洩流閥洩壓，造成能量的浪費。即使容忍注塑機在保壓狀態時液壓迴路中壓力上升的影響，此時電機工作在低轉速、大扭矩狀態下運轉，耗電也很大。因此構建更節能、經濟的大型注塑機的液壓控制系統，是目前注塑機液壓控制技術的研究焦點。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種多泵合流的注塑機節能伺服液壓控制系統，設備成本低、控制精確，節能效果好。本實用新型設計的多泵合流的注塑機節能伺服液壓控制系統包括液壓迴路、給液壓迴路提供壓力的油泵和驅動油泵的電機及控制電機的控制單元，其不同之處在於，其包括N個電機油泵支路，N為220的正整數，N的大小由注塑機工藝要求的液壓迴路的流量和壓力決定；每個支路包括伺服控制器、伺服電機和油泵、單向閥；每個支路的伺服控制器連接伺服電機，伺服電機連接油泵，油泵入口外連油箱、出口接有單向閥，單向閥後的N個油泵出口匯總接入注塑機的液壓迴路；N個支路中其一伺服控制器為主伺服控制器，其所接電機為主電機，其餘伺服控制器為從伺服控制器。主控模板有控制單元、主設定單元、從設定信號分配單元、使能控制單元；控制單元分別與主設定單元、使能控制單元連接；主控模板的控制單元和使能控制單元外連上位總控計算機，接受上位總控計算機的對注塑機液壓系統的主設定信號和使能信號，主設定信號為流量設定信號Q(t)，即按注塑機的工作程序在不同時間t給出相應的流量設定值Q(t)。使能控制單元與N個支路的伺服控制器連接，主設定單元連接主伺服控制器和從設定信號分配單元，從設定信號分配單元與各從伺服控制器連接。使能控制單元預存有主設定信號與啟動泵數量的對應關係，取決於主設定流量設定信號範圍、油泵的參數、注塑機性能，從試驗獲得，使能控制單元存有根據流量信號獲得啟動泵數量n(t)的程序，使能控制單元使主伺服控制器的使能信號總有效，並向相應的油泵發使能控制信號；從設定信號分配單元存有各個支路電機伺服控制器的轉速設定信號與主電機伺服控制器轉速設定信號的比例，並有按主設定單元輸出的主設定信號和上述的設定比例求得各伺服控制器轉速從設定信號的程序。本控制系統主控模板的控制單元有流量閉環運算功能塊，該模塊內有主電機轉速、啟動泵的數量與液壓迴路流量對應關係數據；對應關係數據取決於液壓迴路的流量要求和油泵的性能，從試驗獲得。該流量閉環運算功能塊還有將流量信號換算為主電機轉速設定信號W。1的程序。控制單元還可有壓力閉環運算功能塊，上位總控計算機的主設定信號還有壓力信號，即按注塑機的工作程序在不同時間t給出相應的壓力設定值P(t)，壓力閉環運算功能塊內有根據壓力信號求得主電機轉速設定信號Wpl的程序。主設定單元有控制模式選擇功能塊，該模塊有選擇根據流量信號得到的主電機轉速設定信號或者根據壓力信號得到的主電機轉速設定信號作為主伺服控制器的主電機轉速設定信號的選擇程序。本控制系統各電機安裝有測速元件，各測速元件與其伺服控制器相連接，主伺服控制器的轉速反饋信號接入控制單元。控制單元的流量閉環運算功能塊還存有根據上位總控計算機的流量設定信號和主電機的轉速信號運算、求得流量調節信號的程序。本控制系統液壓迴路還可安裝有壓力傳感器，壓力傳感器與控制單元連接。控制單元的壓力閉環運算功能塊還有根據上位總控計算機的壓力設定信號和壓力傳感器的壓力反饋信號運算、求得壓力調節信號的程序。主設定單元有控制模式選擇功能塊，依據預存的選擇程序選擇流量調節或壓力調節的信號作為主伺服控制器的轉速設定信號、使本控制系統工作於流量閉環模式或壓力閉環模式。主控模板根據上位總控計算機的主設定信號和使能信號，向各支路的伺服控制器發出指令使其作速度閉環工作，並構成流量或壓力大閉環，實現多泵合流。本實用新型設計的多泵合流的注塑機節能伺服液壓控制系統的控制方法為[0019]1、上位總控計算機依據注塑過程的需要，向主控模板的控制單元發送流量設定信號Q(t)，向主控模板的使能控制單元發送使能控制信號；n、主控模板的使能控制單元向主伺服控制器發送指令，使主伺服控制器的使能信號總有效；ni、控制單元根據存儲程序按主設定信號Q(t)得到主電機的轉速設定信號，送入主設定單元和使能控制單元；IV、主設定單元將按主設定信號Q(t)和主伺服控制器的轉速反饋信號及其與流量的對應關係得到主電機的轉速設定信號送達主伺服控制器和從設定信號分配單元；V、使能控制單元由控制單元的主設定信號Q(t)得到此時應開啟的泵數量n(t)，向各支路相關從伺服控制器發送使能信號；VI、從設定信號分配單元以主電機的轉速設定信號作為輸入信號，根據所存各伺服控制器的轉速設定信號與主伺服控制器轉速設定信號的比例，求得各伺服控制器的轉速從設定信號並送入各伺服控制器；VII、各支路伺服控制器按設定信號控制電機及油泵運行。當本控制系統各電機安裝有測速元件、各測速元件與其伺服控制器相連接時，各電機的測速元件將轉速信號反饋到其伺服控制器，各伺服控制器按原轉速設定信號調節電機轉速，各伺服控制器、電機及測速元件按速度閉環模式運行。當主伺服控制器的轉速反饋信號接入控制單元且控制單元的流量閉環運算功能塊還存有根據上位總控計算機的流量設定信號和主電機的轉速信號運算、求得流量調節信號的程序時，本系統可按流量閉環模式運行控制單元的流量閉環運算功能塊由上位總控計算機動態獲得當前Q(t)，並從主伺服控制器動態獲得當前主電機轉速信號W1，並依據預存的主電機轉速W1與液壓迴路總流量的對應關係獲得流量反饋信號，按公知的控制閉環原理計算求得流量調節信號Q'(t);控制單元以Q'(t)為設定信號計算主電機轉速調節信號WQ1作為主設定信號送入主設定單元，;控制單元將Q'(t)送至使能控制單元，使能控制單元根據Q'(t)得到啟動泵的數量n'(t)，向各支路相應伺服控制器發出使能信號。從設定信號分配單元按當前的主設定信號W。1向相應支路伺服控制器發送轉速從設定信號。主控模板的控制單元通過主伺服驅動器的動態讀取當前主電機的轉速W1，獲得流量反饋信號。當流量反饋信號等於原設定信號Q'(t)時，維持當前主電機轉速W1;當流量反饋信號大於或小於設定值Q'(t)時，控制單元的流量閉環運算功能塊減小或增加Q'(t)的值，主電機的轉速設定值W。1相應減小或增加，各支路流量相應減小或增加、總流量隨之減小或增加，如此周而復始；多泵協同運行，使總流量跟隨流量設定信號，實現流量閉環控制。與此同時，使能控制單元動態讀取當前的Q'(t)的值，得到動態的n'(t)發出相應的使能信號，使得相應支路的油泵投入或退出工作。當本控制系統主控模板的控制單元還有壓力閉環運算功能塊，液壓迴路安裝有壓力傳感器時，上位總控計算機的主設定信號還有壓力設定信號P(t)，主設定單元有控制模式選擇功能塊，該模塊有選擇根據流量信號得到的主電機轉速設定信號WQ1或者壓力信號得到的主電機轉速設定信號WP1作為主伺服控制器的主電機轉速設定信號的選擇程序，該選擇程序為選擇W。1和Wpl中與前一時刻比較變化小的作為主伺服控制器的轉速設定信號，本系統還可按流量閉環模式和壓力閉環模式運行控制單元的壓力閉環運算功能塊由上位總控計算機動態獲得當前P(t)，並從壓力傳感器動態獲得液壓迴路的壓力反饋信號，按公知的控制閉環原理計算求得壓力調節信號P'(t)，控制單元以P'(t)為設定信號計算主電機轉速調節信號Wpl送入主設定單元。主設定單元的選擇程序從轉速設定調節信號W。(t)和Wp(t)中動態選擇與前一時刻比較變化小的作為主伺服控制器的轉速設定信號，並送達主伺服控制器和從設定信號分配單元。從設定信號分配單元依據當前的主設定信號WQ(t)或WP(t)求得各伺服控制器轉速設定信號，並送達相應的支路的伺服控制器控制其作壓力閉環運行。主控模板的控制單元通過壓力傳感器動態讀取壓力反饋信號。當壓力反饋信號等於設定信號時，維持當前P'(t)值；當壓力反饋信號大於或小於設定值時，控制單元的壓力閉環運算功能塊減小或增加P'(t)的值，相應主電機的轉速設定值減小或增加，各支路電機的轉速設定值相應減小或增加，各支路流量相應減小或增加、總壓力隨之減小或增加，如此周而復始；多泵協同運行，使總壓力跟隨壓力設定信號P(t)，實現壓力閉環控制。與此同時，使能控制單元動態讀取當前的P'(t)的值，並根據P'(t)的值與啟動泵的對應關係得到n'(t)，動態發出相應的使能信號，使得相應支路的油泵投入或退出工作。上位總控計算機是根據注塑工藝過程提供Q(t)和P(t)設定信號，本多泵合流控制系統控制多泵協同工作，實現Q(t)或P(t)的閉環控制，S卩能實現總控計算機期望的工藝過程。本注塑機節能伺服液壓控制系統的優點為1、採用多套伺服控制裝置，分為主、從結構，形成多泵合流的系統，能同時滿足設備大功率運行和小功率運行的要求；2、配置有壓力閉環控制和流量閉環控制，控制精確、敏捷；3、無需大功率驅動設備，成本大幅降低；4、注塑機的保壓階段只有一臺電機和油泵保證液壓迴路的壓力，液壓迴路不會過大，且節能效果明顯。圖1為本注塑機節能伺服液壓控制系統實施例的結構示意圖；圖中標記為1、主控模板；2、測速元件；3、單向閥；4、液壓迴路；具體實施方式本實用新型多泵合流的注塑機節能伺服液壓控制系統實施例如圖1所示，由4個支路組成；每個支路包括伺服控制器、相同規格的伺服電機和測速元件2、油泵、單向閥3;測速元件2安裝於各伺服電機，並與各伺服控制器連接，各伺服控制器、伺服電機和測速元件2構成公知的速度閉環系統；每個支路伺服電機連接油泵、油泵入口外連油箱、各油泵出口安裝單向閥3，4個油泵單向閥3後的出口匯總接入注塑機的液壓迴路4;液壓迴路4裝有壓力傳感器；1號伺服控制器為主伺服控制器、2-4號為從伺服控制器；主伺服控制器所接電機為主電機。各電機安裝有測速元件2，各測速元件2與其伺服控制器相連接。主控模板1有控制單元、主設定單元、從設定信號分配單元、使能控制單元；控制單元分別與主設定單元、使能控制單元連接。主控模板1的控制單元和使能控制單元外連上位總控計算機，接受上位總控計算機的主設定信號流量Q(t)和壓力P(t)，還有使能信號。使能控制單元與4個支路的伺服控制器連接，主設定單元連接主伺服控制器和從設定信號分配單元，從設定信號分配單元與各從伺服控制器連接。主伺服控制器的轉速反饋信號接入控制單元。液壓迴路4安裝的壓力傳感器與控制單元連接。本控制系統主控模板1的控制單元有流量閉環運算功能塊，該模塊內有主電機轉速、啟動泵的數量與液壓迴路4流量對應關係數據；對應關係數據取決於液壓迴路4的流量要求和油泵的性能，從試驗獲得。本例中此關係數據如表1所示表1tableseeoriginaldocumentpage7[0042]控制單元的流量閉環運算功能塊還有根據主電機反饋的當前轉速信號Wl按表1運算、求值得到當前液壓迴路4的流量反饋值並與上位總控計算機的流量設定信號Q(t)比較求得流量調節信號Q'(t)並換算為主電機轉速調節信號WQ1的程序。控制單元的壓力閉環運算功能塊有根據上位總控計算機的壓力設定信號P(t)和壓力傳感器的壓力反饋信號運算、求得壓力調節信號P'(t)並換算為主電機轉速調節信號WP1的程序。主設定單元有控制模式選擇功能塊，該模塊有選擇WQ1或WP1變化較小的作為主伺服控制器的轉速信號的選擇程序。從設定信號分配單元存有各個支路電機伺服控制器的轉速設定信號與主電機伺服控制器轉速設定信號的比例，並有按主設定信號和上述的設定比例求得各伺服控制器轉速從設定信號的程序。本例中各伺服控制器轉速從設定信號與主伺服控制器轉速設定信號的比例如表2:表2各伺服控制器轉速設定信號與主伺服控制器轉速設定信號的比例tableseeoriginaldocumentpage7表2中a2—4為設定比例係數，取決於液壓迴路4的流量或壓力要求和油泵的性能，從試驗獲得。本例中取a2=1，a3=a4=0.9。使能控制單元預存有主設定信號與啟動泵數量的對應關係，取決於主設定流量信號範圍、油泵的參數、注塑機性能，從試驗獲得，見表3;使能控制單元有根據流量調節信號Q'(t)獲得啟動泵數量n'(t)的程序，當上位總控計算機使能信號有效時，向相應的油泵發使能控制信號；表3tableseeoriginaldocumentpage8主控模板1根據主/從設定信號和使能信號，向各支路的伺服控制器發出指令使其作速度閉環工作，構成流量閉環控制或壓力閉環控制，實現多泵合流。上述實施例，僅為對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本實用新型並非限定於此。凡在本實用新型的公開的範圍之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護範圍之內。權利要求注塑機節能伺服液壓控制系統，包括液壓控制迴路、給液壓迴路提供壓力的油泵和驅動油泵的電機及控制電機的控制單元，其特徵在於本系統包括N個電機油泵支路，N為2～20的正整數，每個支路包括伺服控制器、伺服電機和油泵、單向閥(3)；每個支路的伺服控制器連接伺服電機，伺服電機連接油泵，油泵入口外連油箱、出口接有單向閥(3)，單向閥(3)後的N個油泵出口匯總接入注塑機的液壓迴路(4)；N個支路中其一伺服控制器為主伺服控制器，其所接電機為主電機，其餘伺服控制器為從伺服控制器；主控模板(1)有控制單元、主設定單元、從設定信號分配單元、使能控制單元；控制單元分別與主設定單元、從設定信號分配單元和使能控制單元連接；主控模板(1)的控制單元和使能控制單元外連上位總控計算機，接受上位總控計算機的對注塑機液壓系統的主設定信號流量設定信號Q(t)以及使能信號；使能控制單元與N個支路的伺服控制器連接，主設定單元連接主伺服控制器和從設定信號分配單元，從設定信號分配單元與各從伺服控制器連接；所述使能控制單元預存有主設定信號與啟動泵數量的對應關係，還存有根據流量設定信號Q(t)獲得啟動泵數量n(t)的程序；所述從設定信號分配單元存有各個支路電機伺服控制器的轉速設定信號與主電機伺服控制器轉速設定信號的比例，並有按主設定信號和上述的設定比例求得各伺服控制器轉速從設定信號的程序；所述控制單元有流量閉環運算功能塊，該模塊內有主電機轉速、啟動泵的數量與液壓迴路(4)流量對應關係數據，還有將流量信號換算為主電機轉速設定信號WQ1的程序。2.根據權利要求1所述的注塑機節能伺服液壓控制系統，其特徵在於所述各支路電機安裝有測速元件(2)，各測速元件(2)與其伺服控制器相連接。3.根據權利要求2所述的注塑機節能伺服液壓控制系統，其特徵在於所述主伺服控制器的轉速反饋信號接入控制單元，控制單元的流量閉環運算功能塊還存有根據上位總控計算機的流量設定信號和主電機的轉速信號運算、求得流量調節信號的程序。4.根據權利要求3所述的注塑機節能伺服液壓控制系統，其特徵在於所述液壓迴路(4)安裝有壓力傳感器，壓力傳感器與控制單元連接；所述控制單元還有壓力閉環運算功能塊，此模塊有根據上位總控計算機的壓力設定信號P(t)和壓力傳感器的壓力反饋信號運算、求得壓力調節信號的程序，並有根據壓力信號求得主電機轉速設定信號Wpl的程序；所述主設定單元有控制模式選擇功能塊，該模塊有選擇根據流量信號或壓力信號得到的主電機轉速設定信號作為主伺服控制器的主電機轉速設定信號的選擇程序，該選擇程序為選擇WQ1和Wpl中與前一時刻比較變化小的作為主伺服控制器的轉速設定信號。專利摘要本實用新型為多泵合流的注塑機節能伺服液壓控制系統，本系統有N個包括伺服控制器、伺服電機和油泵、單向閥的支路，各支路匯總接入注塑機液壓迴路。主控模板接上位總控計算機並連接各伺服控制器。各電機裝有與其伺服控制器相連接的測速元件，主伺服控制器的轉速反饋信號接入控制單元，液壓迴路有壓力傳感器。其上位機根據注塑流程提供流量和壓力設定信號，本系統按上位機指令和轉速和壓力反饋信號，得到流量和壓力的調節信號，求得啟動的電機數和電機轉速，控制多泵協同工作，使液壓迴路的總流量跟隨流量設定信號、總壓力跟隨壓力設定信號。本實用新型滿足設備大功率和小功率運行要求，控制精確、敏捷，節能明顯。文檔編號B29C45/82GK201471698SQ20092014114公開日2010年5月19日申請日期2009年7月30日優先權日2009年7月30日發明者呂虹申請人:桂林星辰科技有限公司