CN102545734B - 用于调节压铸机的传动单元的方法 - Google Patents

Abstract

用于调节包括至少一个第一电机和第二电机(M1，M2)及调节单元(4)的压铸机的传动单元(1)的方法，压铸机的一个元件(3)，尤其是紧固底板或喷射器由这些电机经传动系(2)驱动，调节单元负责调节第一电机(M1)的转速(n_M1)和第二电机(M2)的转速(n_M2)，传动单元(1)有至少两个位置传感器(5)，通过它们可测量第一电机和第二电机(M1，M2)的位置(P1，P2)并输出相应的信号，优选是角信号，还有存储器(6)，检测的位置(P1，P2)被存储在该存储器，由调节单元(4)在第一步骤依据至少两个位置传感器的存储的位置(P1，P2)计算出假定的位置额定值，然后计算出各检测位置(P1，P2)与假定的位置额定值之间的偏差(D1，D2)并随后由调节单元(4)依据算出的偏差(D1，D2)把修正的转速调节信号(n_ref1，n_ref2)输出给电机(M1，M2)。

Description

用于调节压铸机的传动单元的方法

技术领域

本发明涉及一种对包括至少一个第一电机和一个第二电机以及调节单元的压铸机(Spritzgieβmaschine)的传动单元(Antriebseinheit)进行调节的方法，其中，压铸机的一个元件，尤其是紧固底板或喷射器是由电机经传动系来驱动，而所述调节单元负责调节第一电机和第二电机的转速。此外，本发明还涉及压铸机的传动单元，负责执行所述方法。

背景技术

在具有较大的喷射器或特别大的受驱动元件的压铸机，由于功率需求量高(超过100kW)常常使用多个并行的传动装置。在这种情况下需要特别关注位置的同步性或角同步性，避免机械扭曲或变形，其中已知的是，例如，借助横向通讯直接在各电机的传动调节器上执行传动装置的同步处理。已知的还有一种中央调节，但是，在这种调节方法中动态过渡的质量不怎麽令人满意。由于是以重叠功能单元(例如，机械调节)的形式进行调节，因此延迟时间或者说通讯时间相对较长并落后于当前的电机功率。

此外，已知的还有主-从-应用，一个传动装置的实际值被用作其它传动装置的额定值。其缺点是，由于传动装置的滞后，总是有偏差。尤其是当主动-传动装置较强时，一个较弱的从动-传动装置可能会不再跟随第一个传动装置的实际值，从而导致传动装置出现不受欢迎的异步(性)。

虽然EP1121627B1中介绍过通过使不同的传动装置同步化来调节压铸机的传动单元，但是在这个不属于同类的文章中，各传动装置驱动的是压铸机的不同的元件。与此相对，本发明所涉及的是对一个元件和相同的元件起作用的传动单元或电机。出于这个理由，按照本发明必须对各电机的精确同步赋予特别的重视。

如果观察一个完美的传动系对称系统，只要是初始条件和额定值的给定也彼此一致，传动装置应该是动作一致并且不会出现偏差。当然，在现实中肯定会出现偏差，像不同的摩擦，不同的力矩加强，机械公差或测量缺陷。

发明内容

本发明的任务是，发明一种优于背景技术的传动单元的调节方法。尤其是更使至少两个对压铸机的同一个元件或多个相同的元件起作用的传动单元(电机和传动系)准确地同步化。换一句话说就是，传动装置，尤其是与传动轴刚性(例如，通过滚珠丝杠杆传动或带传统)连接的传动装置应该执行尽可能均衡的运动。

结合权利要求1总概念的特征，这项任务的解决是通过由调节单元在第一步骤依据至少两个位置传感器的存储的位置计算出假定的位置额定值，然后计算出各检测位置与假定的位置额定值之间的偏差并随后由调节单元依据算出的偏差把修正的转速调节信号输出给电机。借此可以根据各电机或传动系的位置偏差对电机或传动系偏差相对作出反应并通过相应地修改转速给定值使这些电机或传动系相互配合。测量的位置在这里可以是电机或传动系的某一元件走过的路径。

不排除各传动单元的假定的位置额定值相互不同，因为，例如，当有多个传动单元时，这些传动单元是相互不同的，因而假定的位置额定值也不一样。但是优选规定，偏差的计算以全部传动单元共享的假定的位置额定值为基础。该假定的位置额定值可以优选是存储的传动单元位置的平均值。

根据本发明的一个结构形式，传动单元可以有定位调节器形式的调节单元，该定位调节器监控输入的错误并进行均衡处理。这意味着，从电机的各输入位置中形成平均值并且定位调节器的输出转速值被继续传递给电机，从而使各传动单元的位置相互一致。在偏差很小的情况下，如果全部的传动装置都处于调节极限之内，只用这种定位调节器或者说调节单元就可以使各电机良好地一致运转。

但是，为了能够补偿传动系中的自然差异，特别是在当传动装置处于力矩极限和不再能够跟随给定的速度信号时，可以优选规定，可依据测量或估计的由电机驱动的传动系的负载力矩对转速调节信号进行限制。借此可以在功率极限范围进行同步调节。通过这种限制可以解决的问题是，由于过大的转速变化，而这种变化本该必须依据由定位调节器算出的偏差来执行，在传动单元容易因过载出现损坏。原则上可以由外部给定这种限制或者通过转速由重叠的调节单元给定。换句话说，通过这种限制可以解决的问题是，定位调节器获得速度给定值，而由于限定的调节量该给定值不能被跟随。借此可以保证定位调节器的作用。原则上也可以测量传动力矩和位置并从中计算(估算)出负载力矩。但是也可以通过自有的传感器测量负载力矩或从测量信号(例如，压力)中计算。

特别优选，这样一种限制方法的实施可以通过限制调节单元的转速调节信号的限制器；存有电机的速度图形(Geschwindigkeitsprofil)的简档存储器(Profilspeicher)，可以从中读取电机的转速额定值，每台电机一个转速传感器，可以通过该传感器测量电机的当前转速，负载力矩传感器或者负载力矩估算器，可以借此测量或估算传动系的当前的负载力矩；和加速度计算器，通过该加速度计算器可以依据估计的或者测量的负载力矩、转速额定值和当前的转速计算出每个传动系的允许最大加速度，然后通过限制器依据算出的允许的最大加速度计算出转速调节信号的极限值。

特别优选，限制器的执行方式是，首先由限制器把转速额定值与计算的极限值进行比较，然后——如果转速额定值处于极限值之外——确定受限制的，处于极限值范围内的转速额定值并且传输给调节单元。借此给限制器规定允许的最大或最小加速度。限制器通过这个值决定或计算，是否把外部给定的转速丝毫不差地继续传递给调节单元或者是否会因此造成不允许的加速并因此而产生过载。换句话说就是，限制器决定，转速是处在允许的范围还是处于不允许的范围。借助实际-转速，额定-转速和测量的负载力矩在电机或传动系中计算这种允许的加速。也可以选择估算允许力矩。

原则上，本发明可以用于带任意数量并行电机的传动单元。但是，具体来讲，本发明的方法最适合带2到4台独立电机的传动单元。当电机或传动系呈一样的或对称结构时，比较有利，而且按照本发明的方法或设备也适合于具有不同传动系的传动系统。原则上，传动系统对外应像传动装置一样动作，并且只需要一个额定转速(调节量)。

可在中央控制单元进行调节，但是也可以分布在多个分散的单元，像传动调节器。中央控制单元也可以通过总线连接起来。在这个概念中可以考虑到出现的延迟时间。

以本发明为基础的任务也可以通过一个具有权利要求6特征的传动单元来解决。这种传动单元的优选结构形式将通过相关的权利要求进行描述。

附图说明

以下将借助附图说明并参考唯一的附图中所示的实施示例对本发明的其它细节和优点进行详细的说明。

这个唯一的附图1描述的是一个由至少两个电机M1和M2及其各自的传动系2组成的压铸机的传动单元1，传动系共同作用于压铸机的元件3(模具紧固板)。模具12通过该模具紧固板上下运动。在这个唯一的示图中只显示出两个电机M1和M2，当然这个示图可以通过其它的电机进行模块式第扩展。

具体实施方式

M1和M2受同步调节，进行调节时需要至少有调节单元4，限制器7和加速计算器11。原则上在唯一的示图中所示的元件被视为调节方法或传动单元的逻辑部分。这说明，它们不必强制性地被视为传动单元的分离的或具体的元件或计算单元，而是更换多地以计算-逻辑形式被集成在传动单元1的整个系统机构。所述的方法概念包括，只要电机M1和M2的偏差处于允许的极限范围之内，就可以根据传动单元1的通常的允许状态进行调节。一个重叠的，基本的流程控制和故障处理(例如，当压铸件被卡住时)不是本概念的内容，但是当然也可以有。

原则上电机M1和M2按一定的转速n_akt1和n_akt2运动，转速通过调节单元4作为转速调节信号n_ref1和n_ref2(控制信号)传递给电机M1和M2。调节单元4依据由位置传感器5输送的位置数据P1和P2计算转速调节信号n_ref1和n_ref2。位置传感器5可以测量传动系2或电机M1和M2的一个元件的位置，然后输出信号被存储在存储器6并经常更新。位置数据P1和P2经常被调节单元4读取，调节单元4从中计算出两个位置信号P1和P2的平均值。由于各位置P1和P2之间的平均值不一样，每次都计算偏差D1和D2。转速调节信号n_ref1和n_ref2由调节单元4根据算出的偏差D1和D2进行均衡并输出，在均衡过程中电机M1和M2的位置P1和P2相互一致。

当位置P1和P2间的偏差很小时，同步调节的这部分没有问题。就是说，只要传动装置处于其当前的调节量限制之内，由于集成的路程该位置调节器4足以实现静态准确性。

但是，当一台传动装置处于调节极限时，该传动装置在消除故障时会受到很大的限制。这种状况通常会导致出现不允许的高的偏差，因而一定要避免出现这种状况。因此，转速调节信号n_ref1和n_ref2没有过高的数值就显得很重要，否则的话会受到限制。这可借助限制器7进行。该限制器7限定由简档存储器8及其速度图形或其压力调节器给定的额定速度n_soll，从而使传动装置能够跟随信号，但不会有过载。

但是，为了能够计算极限值n_lim，需要加速度计算器11。传动系2中的当前的负载力矩L1和L2由负载传感器10和/或从属的传动调节器(从属的力矩调节器，转速调节器和电流调节器)传递给加速计算器11，传动力矩M_akt1和M_akt2直接由电机M1和M2传递给加速计算器11。此外，电机M1和M2的当前的转速n_akt1和n_akt2或当前的角度或位置也被传递给加速计算器11(代替当前的速度或转速，可以在电机中测量位置或角度并且通过中间计算步骤从中确定或推算出速度或转速)。此外，加速度计算器11还从调节单元4获得转速调节信号n_ref1和n_ref2。加速度计算器11根据输送的数值算出每个传动系2的最大允许加速度B1和B2并且输出给限制器7。同样，也向限制器7输送转速额定值n_soll。此外，限制器7也从转速传感器9获得当前的转速n_akt1和n_akt2。限制器7根据这些数值和加速计算器11的最大允许加速度B1和B2计算，转速额定值n_soll是否处于极限值n_lim的范围之内。如果情况属实，转速额定值n_soll被毫无保留地继续传输给调节单元4。但是，如果转速额定值n_soll处于极限值n_lim的范围之外，则受限的转速额定值n_soll被输出给调节单元4。

换句话说，在理想的情况下转速额定值n_soll从存储器8内的速度或压力调节图形直接流向电机M1和M2。但是，当电机M1和M2的位置P1和P2-像通过自然情况所产生的那样-相互有偏差时，可通过调节单元4在第一步骤通过把转速给定信号从n_soll改到n_ref进行校正。此外，该额定值信号n_soll还受加速度计算器11和限制器7的影响，首先是，当转速额定值n_soll导致额定加速度，而该额定加速由于当前的负载和调节极限又不能实现时。因此，要阻止电机M1或M2内产生过大的加速度，否则会造成在电机M1和M2或传动系2内部出现损伤。

原则上，在加速计算器11的后面有电机惯性模型。通过推导测量的角速度和力矩，可以计算在各传动装置主导的负载力矩(摩擦，压力，测量错误)。借此可以计算其余的最大加速力矩并随后计算各传动装置的可能的加速度。为了限制更改额定速度，可通过形成各传动装置的最小和最大值计算产生的数值。计算时需要当前能够提供的最大和最小传动力矩。理想的情况下这些数值可作为测量值。如果不是这种情况，也可以估计该值。

为了确定可能的加速度，需要知道当前的最大力矩。由于热载荷或应力极限，在运行过程中，该最大力矩与额定的最大力矩相比可能会降低。即使传动装置也处于力矩极限，最大力矩也只是可以观察得到。通常不会是这种情况，因此该值是观察不到的。如果传动装置处于调节极限并且参考值，测量值和算出的值可以通过估计器观察到，可以通过逻辑连接从这些值中确定附加条件的平均值。

在限制器中，从速度图形或压力调节器生成的参考速度受到限制。基于对负载力矩和最大力矩的估计，通过逻辑连接从当前的速度和加速限制中计算出极限值。

因为在该限制器中通常限制输出，因此在封闭式调整电路中的性能方面适合把调节值回馈给重叠的调节器，以便避免负面影响。

因此，通过本发明介绍一种改进的方法，利用该方法可以对通过传动系来影响压铸机的共同元件3的电机M1和M2进行调整。尤其是通过观察或估计传动系中的负载力矩L1和L2，可能的或算出的最大力矩或最大加速度B1和B2，可以对电机M1和M2的转速给定进行监控，以便在为了调整传动系的位置P1和P2而经常更改电机转速n时不会出现过高的，可能会损坏传动系的位置偏差或角偏差。

Claims (12)

1.一种用于调节压铸机的传动单元(1)的方法，该压铸机包括

-至少一个第一电机和至少一个第二电机(M1，M2)，压铸机的一个元件(3)由这些电机经传动系(2)来驱动，

-调节单元(4)，通过该调节单元来调节第一电机(M1)的转速(n_M1)和第二电机(M2)的转速(n_M2)，

其特征在于，传动单元(1)具有

-至少两个位置传感器(5)，通过这些位置传感器测量第一电机和第二电机(M1，M2)的位置(P1，P2)并且输出相应的信号，和

-存储器(6)，检测到的位置(P1，P2)被存储在该存储器中，

其中，由调节单元(4)在第一步骤中依据所述至少两个位置传感器的所存储的位置(P1，P2)计算出假定的位置额定值，然后计算出各个所检测到的位置(P1，P2)与该假定的位置额定值之间的偏差(D1，D2)，并随后由调节单元(4)依据相应算出的偏差(D1，D2)把修正后的转速调节信号(n_ref1，n_ref2)输出给电机(M1，M2)；

所述传动单元具有

-限制器(7)，由该限制器(7)限制调节单元(4)的转速调节信号(n_ref1，n_ref2)，

-存有电机(M1，M2)的速度图形的简档存储器(8)，从该速度图形中读取电机(M1，M2)的转速额定值(n_soll)，

-对于每台电机(M1，M2)有一个转速传感器(9)，通过该转速传感器测量电机(M1，M2)的当前转速(n_akt)，

-负载力矩传感器(10)或者负载力矩估算器，通过该负载力矩传感器(10)或者负载力矩估算器测量或估算传动系(2)的当前的负载力矩(L1，L2)和

-加速度计算器(11)，通过该加速度计算器依据所估计的或者测得的负载力矩(L1，L2)、转速额定值(n_soll)和当前的转速(n_akt)计算每个传动系(2)的允许的最大加速度(B1，B2)，

然后通过限制器(7)依据算出的允许的最大加速度(B1，B2)计算出转速调节信号(n_ref1，n_ref2)的极限值(n_lim)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该假定的位置额定值是所存储的位置(P1，P2)的平均值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，能依据所测得的或估计的由电机(M1，M2)驱动的传动系(2)的负载力矩(L1，L2)对转速调节信号(n_ref1，n_ref2)进行限制。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，首先由限制器(7)把转速额定值(n_soll)与计算的极限值(n_lim)进行比较，然后在转速额定值(n_soll)位于极限值(n_lim)之外的情况下确定受限制的处于极限值(n_lim)范围内的转速额定值(n_soll，lim)并且传输给调节单元(4)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该元件是紧固底板或喷射器。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该相应的信号是角信号。

7.一种压铸机的传动单元(1)，具有

-至少一个第一电机和至少一个第二电机(M1，M2)，压铸机的一个元件(3)由这些电机经传动系(2)来驱动，

-调节单元(4)，用于调节第一电机(M1)的转速(n_M1)和第二电机(M2)的转速(n_M2)，

其特征在于，具有

-至少两个位置传感器(5)，通过这些位置传感器能测量第一电机和第二电机(M1，M2)的位置(P1，P2)并且能输出相应的信号，和

-用于存储检测到的位置(P1，P2)的存储器(6)，其中，调节单元(4)依据所述至少两个位置传感器(5)的所存储的位置(P1，P2)计算出一个假定的位置额定值，并且计算出各个检测到的位置(P1，P2)与假定的位置额定值之间的偏差(D1，D2)，其中由调节单元(4)依据算出的偏差(D1，D2)把修正后的转速调节信号(n_ref1，n_ref2)输出给电机(M1，M2)；

-限制器(7)，用于限制调节单元(4)的转速调节信号(n_ref1，n_ref2)，

-存有电机(M1，M2)速度图形的简档存储器(8)，从所述速度图形中能读取电机(M1，M2)的转速额定值(n_soll)，

-对于每台电机(M1，M2)有一个转速传感器(9)，该转速传感器测量电机(M1，M2)的当前转速(n_akt)，

-负载力矩传感器(10)或者负载力矩估算器，该负载力矩传感器(10)或者负载力矩估算器测量或估算传动系的当前的负载力矩(L1，L2)

-加速度计算器(11)，通过该加速度计算器能依据估计的或者测得的负载力矩(L1，L2)、转速额定值(n_soll)和当前的转速(n_akt)计算出每个传动系(2)的允许的最大加速度(B1，B2)，

其中能由限制器(7)依据算出的允许的最大加速度(B1，B2)计算出转速调节信号(n_ref1，n_ref2)的极限值(n_lim)。

8.根据权利要求7所述的传动单元，其特征在于，该假定的位置额定值是所存储的位置(P1，P2)的平均值。

9.根据权利要求7所述的传动单元，其特征在于，限制器(7)把转速额定值(n_soll)与计算的极限值(n_lim)进行比较，并且在存在位于极限值(n_lim)之外的所存储的转速额定值(n_soll)的情况下将转速额定值(n_soll)限制为处于极限值(n_lim)范围内的受限的转速额定值(n_soll，lim)，其中这个处于极限值(n_lim)范围内的受限的转速额定值(n_soll，lim)能传输给调节单元(4)。

10.根据权利要求7所述的传动单元，其特征在于，所述传动单元用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。

11.根据权利要求7所述的传动单元，其特征在于，该元件是紧固底板或喷射器。

12.根据权利要求7所述的传动单元，其特征在于，该相应的信号为角信号。