壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法及其控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法，包括油泵電機的速度控制方法和油泵電機的提前加速方法；油泵電機的速度控制方法中，油泵電機的轉(zhuǎn)速N為：N＝N額*PQW，其中，N額為油泵電機的額定轉(zhuǎn)速；PQW為油泵電機的自適應(yīng)電機速度給定指令，且：PQW＝PQ+PQ輔，PQ輔為電機微調(diào)速度給定指令；PQ為電機初步速度給定指令，且：PQ＝K*Q+(1-K)*P或PQ＝MAX{Q，P}，其中，Q為壓鑄機的流量系數(shù)，且0≤Q≤1；P為壓鑄機的壓力系數(shù)，且0≤P≤1；K為權(quán)重系數(shù)，且0<K<1；油泵電機的提前加速方法中，油泵電機的自適應(yīng)提前時間指令△t：△t＝T平均-T提前，T提前≤T平均，其中，T提前為設(shè)定的壓鑄機預(yù)提前時間；T平均為壓鑄機在其生產(chǎn)周期的各個工作階段的機械動作時差的平均值。
【專利說明】壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法及其控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓鑄機節(jié)能控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種壓鑄機的異步伺服節(jié)能控制方法和適用于該 控制方法的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金冷室壓鑄機加工設(shè)備是典型的周期性負(fù)載類設(shè)備，其一個完整工作周期一般包括合模一給湯一壓射一泄壓(冷卻)一開模一頂出一取件(儲能)一噴霧等幾個工序，各個工序都是通過油泵馬達(dá)泵輸出液壓油到各個油缸推動傳動機構(gòu)完成一系列動作，且各個階段需要的壓力與流量也不相同。對于液壓系統(tǒng)來說，每個階段對壓力、流量的匹配各不一樣，而壓鑄機采用的定量泵(一般是定量雙聯(lián)葉片泵、齒輪泵)的功率卻是根據(jù)其運行過程中的最大負(fù)載配置的。壓鑄機在一個工作周期中只有合模、壓射、開模、儲能等工序負(fù)載較大，其它工序的負(fù)載一般較小，特別是在系統(tǒng)泄壓階段，其負(fù)載幾乎為零。對于油泵馬達(dá)而言，壓鑄機工作過程是處于變化的負(fù)載狀態(tài)。
[0003]而在定量泵的液壓系統(tǒng)中，油泵提供恒定的流量，多余的液壓油通過溢流閥回流到油箱，此過程稱為高壓節(jié)流。特別是壓鑄機在卸荷階段，其系統(tǒng)對壓力、流量的要求幾乎為0，而馬達(dá)仍以額定轉(zhuǎn)速拖動油泵運轉(zhuǎn)，此時的液壓油幾乎全部通過溢流閥回到油箱，這樣就存在大量電能浪費。
[0004]目前市面上也存在一些針對壓鑄機的節(jié)能改造方法，主要為變頻節(jié)能改造方法和同步伺服節(jié)能改造方法兩種。
[0005]1、變頻節(jié)能改造方法:矢量變頻器+異步電機，該方法是取壓鑄機的流量、壓力信號作為變頻器的速度指令從而控制電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)節(jié)能。但高壓力和高速度是壓鑄時熔合金充填成型過程的兩大特點。壓鑄機油泵作為壓鑄機設(shè)備動作的能源轉(zhuǎn)換裝置，它也必須按照工藝要求提供大流量高壓力的液壓油。但壓鑄機油泵電機進行變頻改造以后，由于變頻器存在低頻轉(zhuǎn)矩不足以及動態(tài)響應(yīng)較差的缺陷，而相反壓鑄機在某些工作階段需要大流量高壓力(例如合模)，因此改造后的油路系統(tǒng)不能及時響應(yīng)系統(tǒng)壓力流量要求，所以壓鑄機在變頻節(jié)能改造后，其工作節(jié)拍會變慢(一般一個工作周期變慢l_3s)，而壓鑄機一個完成工作周期大約為20-80S，因此一臺壓鑄機一天下來會少生產(chǎn)不少零件，從另一方面來說，壓鑄機的變頻改造實際是犧牲了壓鑄機的生產(chǎn)效率而達(dá)到節(jié)能目的。
[0006]2、同步伺服節(jié)能改造方法:其控制原理為:矢量驅(qū)動器+同步電機+速度壓力反饋。該方法是把原有雙聯(lián)葉片泵更換成齒輪泵或者螺桿泵或柱塞泵，把原有三相異步電機更換為永磁伺服電機，取壓力流量信號作為速度指令，油泵安裝壓力傳感器做為閉環(huán)控制。此改造方案從理論上是可滿足壓鑄機的快速響應(yīng)要求，但此改造方案也出現(xiàn)本身致命的缺
占-
^ \\\.[0007]I)對于900噸或者1000噸以上的大噸位壓鑄機，由于市面暫無取代具有大流量高壓力特性的雙聯(lián)葉片泵的其它油泵，現(xiàn)場不得不安裝多臺伺服油泵以滿足其壓力流量要求，導(dǎo)致安裝復(fù)雜、成本昂貴！[0008]2)由于壓鑄機車間生產(chǎn)環(huán)境惡劣(夏季40°C以上)，永磁伺服電機就存在退磁的缺陷，使用年限一長，磁場就會消退，大大增加設(shè)備故障率，由于伺服電機消磁后無法重新加磁，就不得不重新購買新的伺服電機。這樣大大增加了企業(yè)設(shè)備維護成本，節(jié)約的電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠設(shè)備米購成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法，該壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法不僅能夠滿足節(jié)能要求，而且不會影響壓鑄機的生產(chǎn)效率，且設(shè)備的維護、運營成本均較低。
[0010]要實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
[0011]本發(fā)明首先提出了一種壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法，包括油泵電機的速度控制方法和油泵電機的提前加速方法；
[0012]所述油泵電機的速度控制方法中，油泵電機的轉(zhuǎn)速N為:
[0013]N = Na^PQff
[0014]其中，N額為油泵電機的額定轉(zhuǎn)速；
[0015]PQff為油泵電機的自適應(yīng)電機速度給定指令,且:
[0016]PQff = PQ+PQtt
[0017]其中，PQif為電機微調(diào)速度給定指令；
[0018]PQ為電機初步速度給定指令，且:
[0019]PQ = K*Q+(1_K)*P 或 PQ = MAX{Q，P}
[0020]其中，Q為壓鑄機的流量系數(shù)，且O≤Q≤1 ;
[0021]P為壓鑄機的壓力系數(shù)，且O < P < 1 ;
[0022]K為權(quán)重系數(shù),且O≤K≤1;
[0023]所述油泵電機的提前加速方法中，油泵電機的自適應(yīng)提前時間指令Λ t:
[0024]Δ t = T平均-T提前
[0025]T提前< T平均
[0026]其中，Tisw為設(shè)定的壓鑄機在其生產(chǎn)周期的各個工作階段的預(yù)提前時間；
[0027]壓鑄機在其生產(chǎn)周期的各個工作階段的機械動作時差的平均值；
[0028]所述油泵電機在壓鑄機執(zhí)行上一個工序并間隔時間Λ t后，按照壓鑄機下一個工序的轉(zhuǎn)速要求運轉(zhuǎn)，等待壓鑄機執(zhí)行下一個工序。
[0029]進一步，在壓鑄機的一個生產(chǎn)周期中，以采集的每個工作階段的機械動作時差信號為一組時差信號數(shù)據(jù)，并存儲最近的至少兩個生產(chǎn)周期的時差信號數(shù)據(jù)；利用存儲的至少兩組時差信號數(shù)據(jù)，實時計算壓鑄機在每個工作階段的機械動作時差的平均值
[0030]本發(fā)明還提出了一種適用于如上所述壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)，包括中央處理單元和均與所述中央處理單元電連接的數(shù)據(jù)采集單元、通訊單元、數(shù)據(jù)輸出單元、電源模塊；
[0031 ] 所述數(shù)據(jù)采集單元包括用于采集壓鑄機比例閥壓力信號的壓力傳感器和用于采集壓鑄機比例閥流量信號的流量傳感器，所述數(shù)據(jù)采集單元與壓鑄機控制系統(tǒng)的周期信號采集器電連接并采集壓鑄機生產(chǎn)周期的工作階段信號；[0032]所述數(shù)據(jù)輸出單元包括與壓鑄機油泵電機電連接的異步伺服驅(qū)動器。
[0033]進一步，所述通訊單元包括人機交互界面。
[0034]進一步，所述數(shù)據(jù)輸出單元還包括用于冷卻油泵電機的冷卻風(fēng)機。
[0035]進一步，所述中央處理單元內(nèi)集成有計時器。
[0036]進一步，所述數(shù)據(jù)采集單元還包括用于采集液壓油溫度信號的溫度傳感器和用于采集油泵反饋壓力信號的反饋壓力傳感器。
[0037]進一步，還包括與所述中央處理單元電連接并用于存儲所述時差信號數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)寄存器。
[0038]本發(fā)明的有益效果在于:
[0039]本發(fā)明的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法，改變了目前市面上壓鑄機變頻節(jié)能改造方法和伺服節(jié)能改造方法的單一的純流量、純壓力控制模式；在油泵電機的速度控制方法中，實現(xiàn)了流量和壓力的雙聯(lián)動，能實時動態(tài)滿足壓鑄機液壓系統(tǒng)各個階段壓力和流量要求；由于壓鑄機液壓系統(tǒng)在某些工作階段需要滿足大流量、高壓力的要求，而壓鑄機的油路、油泵又存在泄露，異步伺服系統(tǒng)從待機加速到全速也需要一段時間(一般異步伺服響應(yīng)速度為0.1S)，這些均為可能導(dǎo)致滯后產(chǎn)生的原因，無法滿足壓鑄機液壓系統(tǒng)大流量高壓力要求，通過采用油泵電機的提前加速方法，能夠有效消除滯后，保證壓鑄機的工作效率；
[0040]采用本發(fā)明壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法的壓鑄機的節(jié)能原理如下:
[0041]當(dāng)壓鑄機液壓系統(tǒng)需要流量壓力時，油泵電機按照自適應(yīng)電機速度給定指令PQW運行；當(dāng)壓鑄機液壓系統(tǒng)處在卸載(例如冷卻，噴霧工作階段)工作階段時，即不需要流量壓力時，此時油泵電機處于待機狀態(tài)；因此改造后的壓鑄機主油泵從定量泵變成可調(diào)控的變量泵，油泵電機按照系統(tǒng)所需壓力流量進行運行，消除了油泵電機的輕載空載運行，消除了壓鑄機液壓系統(tǒng)的高壓截流現(xiàn)象，使液壓系統(tǒng)供需平衡；一般狀況下，本發(fā)明的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法在不改變原有壓鑄機的原有控制系統(tǒng)，以及壓鑄機正常生產(chǎn)周期(節(jié)拍)的條件下下，能實現(xiàn)單臺壓鑄機30% -50%之間的節(jié)電率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:
[0043]圖1為本發(fā)明壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)實施例的原理框圖；
[0044]圖2為中央處理單元的原理框圖；
[0045]圖3為本實施例壓鑄機在其生產(chǎn)周期的各個工作階段的劃分示意圖；
[0046]圖4為壓鑄機的液壓系統(tǒng)圖。
【具體實施方式】
[0047]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細(xì)的描述。
[0048]如圖1所示，為本發(fā)明壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)實施例的原理框圖。本實施例的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)包括中央處理單元I和均與中央處理單元I電連接的數(shù)據(jù)采集單元2、通訊單元3、數(shù)據(jù)輸出單元4、電源模塊。本實施例的數(shù)據(jù)采集單元包括用于采集壓鑄機比例閥壓力信號的壓力傳感器5、用于采集壓鑄機比例閥流量信號的流量傳感器6、用于采集油泵反饋壓力信號的反饋壓力傳感器7和用于采集液壓油溫度信號的溫度傳感器8，數(shù)據(jù)采集單元與壓鑄機控制系統(tǒng)的周期信號采集器9電連接并采集壓鑄機生產(chǎn)周期的工作階段信號。
[0049]本實施例的數(shù)據(jù)輸出單元4包括與壓鑄機油泵電機10電連接的異步伺服驅(qū)動器11和用于冷卻油泵電機10的冷卻風(fēng)機12。本實施例的通訊單元包括人機交互界面13，操作人員可通過人機交互界面設(shè)定本實施例壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)的控制參數(shù)。
[0050]本實施例的中央處理單元I內(nèi)集成有計時器14、與數(shù)據(jù)采集單元2電連接的數(shù)據(jù)采集模塊15、故障處理模塊16、速度控制模塊17、滯后消除模塊18、與通訊單元3電連接的通訊模塊19和與數(shù)據(jù)輸出單元4電連接的數(shù)據(jù)輸出模塊20。
[0051]本實施例的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)還包括與中央處理單元I電連接并用于存儲時差信號數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)寄存器21，時差信號數(shù)據(jù)為一組在壓鑄機的一個生產(chǎn)周期中采集的每個工作階段的機械動作時差信號。
[0052]本實施例采用上述壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)的的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法，包括油泵電機10的速度控制方法和油泵電機的提前加速方法。
[0053]油泵電機1 0的速度控制方法中，油泵電機10的轉(zhuǎn)速N為:
[0054]N = Na^PQff
[0055]其中，Ns為油泵電機的額定轉(zhuǎn)速；
[0056]PQff為油泵電機的自適應(yīng)電機速度給定指令,且:
[0057]PQff = PQ+PQtt
[0058]其中，PQif為電機微調(diào)速度給定指令，電機微調(diào)速度給定指令PQif的大小根據(jù)壓鑄機的加工工件類型和實際工況設(shè)定；
[0059]PQ為電機初步速度給定指令，且:
[0060]PQ = K*Q+ (1-K) *P 或 PQ = MAX {Q, P}
[0061]其中，Q為壓鑄機的流量系數(shù)，且O≤Q≤I ;
[0062]P為壓鑄機的壓力系數(shù)，且O ≤P ≤ I ;
[0063]K為權(quán)重系數(shù),且O≤K≤I ;
[0064]具體的，壓鑄機的流量系數(shù)Q與壓鑄機的壓力系數(shù)P均由壓鑄機的加工工件類型以及壓鑄機在其生產(chǎn)周期中的不同工作階段來確定的，即在壓鑄機一個生產(chǎn)周期中，不同工作階段的壓鑄機的流量系數(shù)Q與壓鑄機的壓力系數(shù)P不一定相等，且在加工不同類型的工件時，壓鑄機生產(chǎn)周期中的同一個工作階段的壓鑄機的流量系數(shù)Q與壓鑄機的壓力系數(shù)P也不一定相等。在實際應(yīng)用中，壓鑄機的流量系數(shù)Q等于壓鑄機液壓系統(tǒng)的比例閥流量比率，壓鑄機的壓力系數(shù)P等于壓鑄機液壓系統(tǒng)的比例閥壓力比率。
[0065]所述油泵電機的提前加速方法中，油泵電機的自適應(yīng)提前時間指令Λ t:
[0066]Δ t = T平均-T提前
[0067]T提前< T平均
[0068]其中，Tisw為設(shè)定的壓鑄機在其生產(chǎn)周期的各個工作階段的預(yù)提前時間，該壓鑄機預(yù)提前時間Tisti根據(jù)壓鑄機的加工工件和油泵電機的實際工況設(shè)定；
[0069]為壓鑄機在其生產(chǎn)周期的各個工作階段的機械動作時差的平均值。
[0070]油泵電機10在壓鑄機執(zhí)行上一個工序并間隔時間Λ t后，按照壓鑄機下一個工序的轉(zhuǎn)速要求運轉(zhuǎn)，等待壓鑄機執(zhí)行下一個工序。
[0071]具體的，在壓鑄機的一個生產(chǎn)周期中，以采集的每個工作階段的機械動作時差信號為一組時差信號數(shù)據(jù)，并存儲最近的至少兩個生產(chǎn)周期的時差信號數(shù)據(jù)。利用存儲的至少兩組時差信號數(shù)據(jù)，實時計算壓鑄機在每個工作階段的機械動作時差的平均值本實施例的數(shù)據(jù)寄存器21存儲有五組時差信號數(shù)據(jù)，如圖3所示，為本實施例壓鑄機在其生產(chǎn)周期的各個工作階段的劃分示意圖，本實施例將壓鑄機的生產(chǎn)周期分為6個工作階段，分別為第一工作階段:“開始”至“合模”;第二工作階段:“合?！敝痢敖o湯”;第三工作階段:“給湯”至“壓射、泄壓”；第四工作階段:“壓射、泄壓”至“開模”；第五工作階段:“開?！敝痢绊敵觥?第六工作階段:“頂出”至“儲能”。在加工某個工件時，數(shù)據(jù)寄存器21存儲的最近5個壓鑄機生產(chǎn)周期的時差信號數(shù)據(jù)，以及計算得到的自適應(yīng)提前時間指令A(yù)t和機械動作時差的平均值T 如下表:
【權(quán)利要求】
1.一種壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法，其特征在于:包括油泵電機的速度控制方法和油泵電機的提前加速方法； 所述油泵電機的速度控制方法中，油泵電機的轉(zhuǎn)速N為:
N = N 額 *PQW 其中，Ns為油泵電機的額定轉(zhuǎn)速； PQW為油泵電機的自適應(yīng)電機速度給定指令，且:
PQW = PQ+PQ 輔 其中，PQif為電機微調(diào)速度給定指令； PQ為電機初步速度給定指令，且:
PQ = K*Q+ (1-K) *P 或 PQ = MAX {Q, P} 其中，Q為壓鑄機的流量系數(shù)，且O≤Q≤I ; P為壓鑄機的壓力系數(shù)，且O≤ P ≤ I ; K為權(quán)重系數(shù),且O≤K≤I ; 所述油泵電機的提前加速方法中，油泵電機的自適應(yīng)提前時間指令Λ t: △ t = τ平均提前 τ提前≤τ平均 其中，Tisti為設(shè)定的壓鑄機在其生產(chǎn)周期的各個工作階段的預(yù)提前時間； Tps為壓鑄機在其生產(chǎn)周期的各個工作階段的機械動作時差的平均值； 所述油泵電機在壓鑄機執(zhí)行上一個工序并間隔時間Λ t后，按照壓鑄機下一個工序的轉(zhuǎn)速要求運轉(zhuǎn)，等待壓鑄機執(zhí)行下一個工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法，其特征在于:在壓鑄機的一個生產(chǎn)周期中，以采集的每個工作階段的機械動作時差信號為一組時差信號數(shù)據(jù)，并存儲最近的至少兩個生產(chǎn)周期的時差信號數(shù)據(jù)；利用存儲的至少兩組時差信號數(shù)據(jù)，實時計算壓鑄機在每個工作階段的機械動作時差的平均值
3.一種適用于如權(quán)利要求1所述壓鑄機異步伺服節(jié)能控制方法的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:包括中央處理單元和均與所述中央處理單元電連接的數(shù)據(jù)采集單元、通訊單元、數(shù)據(jù)輸出單元、電源模塊； 所述數(shù)據(jù)采集單元包括用于采集壓鑄機比例閥壓力信號的壓力傳感器和用于采集壓鑄機比例閥流量信號的流量傳感器，所述數(shù)據(jù)采集單元與壓鑄機控制系統(tǒng)的周期信號采集器電連接并采集壓鑄機生產(chǎn)周期的工作階段信號； 所述數(shù)據(jù)輸出單元包括與壓鑄機油泵電機電連接的異步伺服驅(qū)動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述通訊單元包括人機交互界面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)輸出單元還包括用于冷卻油泵電機的冷卻風(fēng)機。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述中央處理單元內(nèi)集成有計時器。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集單元還包括用于采集液壓油溫度信號的溫度傳感器和用于采集油泵反饋壓力信號的反饋壓力傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-7任一項所述的壓鑄機異步伺服節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括與所述中央處理單元電連接并用于存儲所述時差信號數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)寄存器。
【文檔編號】B22D17/32GK103920862SQ201410180979
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】李果 申請人:重慶立致和節(jié)能科技有限公司