CN104476744B - 一种注塑机节能伺服控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种注塑机节能伺服控制系统，包括注塑机控制模块、伺服电机、定量泵、控制元件和执行元件，还包括伺服控制器、压力传感器和速度传感器，伺服控制器包括数据处理模块、扭矩转换模块和速度转换模块，注塑机控制模块连接数据处理模块，数据处理模块分别连接压力传感器、速度传感器、扭矩转换模块和速度转换模块，扭矩转换模块和速度转换模块分别连接伺服电机，压力传感器设于定量泵出油管道上，速度传感器设于伺服电机的输出轴上，伺服电机收到两个相互独立的扭转信号和转速信号。与现有技术相比，本发明实现了压力流量和转速的双闭环反馈调节控制系统的目的，使注塑机运转工作性能更加稳定，提高注塑机的能源利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及注塑机控制模块领域，尤其是涉及一种注塑机节能伺服控制系统。
背景技术
近年来，随着液压传动技术和电子控制技术的快速发展，注塑机已广泛应用于建筑、汽车、模具、家电、医疗等行业。自2006年以来塑料消费年均增长9％左右，我国已成为世界最大的塑料制品生产和消费市场之一，因此节能降耗上升为经济发展战略，注塑机的节能问题也受到了广泛关注。近年来，我国进出口注塑机的数量基本保持在1.5万台左右，主要是以液压驱动系统为主,其能量存在相当大的浪费，因此注塑机节能技术的应用与研发得到了很大的重视。在注塑工艺过程中，每一个动作的切换都需要不断变换各动作的速度、压力、位移等，以确保各个动作之间衔接的精确性以及适应注塑成形工艺对压力、速度、时间的控制要求，这样才能注塑出合格的产品，同时也能够延长注塑机和模具的使用寿命。
目前，很多厂家通过采用变频器对异步电机进行调速控制，但是其低速节能效果不佳，动态响应速度慢等等，严重影响了注塑件的质量，在精密注塑件上变现尤为突出；而变量泵控制系统，其变量泵价格偏贵、结构复杂，同样在低速运转时不能够实现良好地节能控制。
伺服控制系统其工作原理是由控制系统给出一定的压力和流量信号时，伺服控制器根据提供的压力信号和压力传感器及伺服电机旋转编码器反馈的实际压力进行比较运算，对输出的压力进行在线监测、比较和修正，实现系统压力和流量的闭环控制。由于油缸的活塞面积已经固定，且固定量泵的参数同样为常数，因此油泵的流量与电机的转速为一一对应的线性关系，且油路内的压力也正比于电机的出输出转矩，因此只要精确控制电机的转矩和转速，就可以控制注塑机的工作时的压力和流量。这种通用的伺服控制系统实现了压力和流量的闭环控制，并不是真正意义上的压力和流量的双闭环控制，而是伺服控制器将采集的压力和流量信号反馈一个综合信号输出给伺服电机，不能精确地控制电机的转矩和转速，这种伺服控制系统节能效果一般。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在节能效果较差，控制精度一般的缺陷，而提供一种控制精度更为准确、节能效果极佳的注塑机节能伺服控制系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种注塑机节能伺服控制系统，包括注塑机控制模块、伺服电机、定量泵、控制元件和执行元件，所述伺服电机连接定量泵，所述定量泵连接控制元件，所述控制元件连接执行元件，还包括伺服控制器、压力传感器和速度传感器，所述伺服控制器包括数据处理模块、扭矩转换模块和速度转换模块，所述注塑机控制模块连接数据处理模块，所述数据处理模块分别连接压力传感器、速度传感器、扭矩转换模块和速度转换模块，所述扭矩转换模块和速度转换模块分别连接伺服电机，所述压力传感器设于定量泵出油管道上，所述速度传感器设于伺服电机的输出轴上；
注塑机控制模块将预设信号发送给数据处理模块，数据处理模块同时接收压力传感器和速度传感器的反馈信号，对比预设信号和反馈信号后，向扭矩转换模块发送压力控制信号，以及向速度转换模块发送流量控制信号，扭矩转换模块向伺服电机发送相应扭转信号，速度转换模块向伺服电机发送相应转速信号。
所述压力控制信号与扭转信号、流量控制信号与转速信号呈线性关系。
还包括电气控制模块，所述电气控制模块分别连接工业交流电源和伺服控制器。
所述电气控制模块包括滤波器和电抗器，所述滤波器分别连接电抗器和伺服控制器，所述电抗器连接工业交流电源。
所述速度传感器为旋转编码器。
所述伺服控制器采用瑞萨SH7124系列的单片机。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明中伺服控制器传给伺服电机的是两个互相独立的控制信号，即伺服控制器的数据处理模块将调节后的压力控制信号和流量控制信号分别传送给伺服控制器的扭矩转换模块和速度转换模块，将转换得到的扭矩信号和转速信号传送给伺服电机，因此本发明系统比通用的伺服系统控制更加准确快速，改善了原有闭环控制系统，能够根据系统提供的压力和流量精确控制输出压力、流量，从而消除无用功，使这个控制系统达到良好的控制精度和节能效果；
2)本发明伺服控制器实现了电压流量的闭环反馈控制，由注塑机控制模块输出反馈系统调节的预设信号，其次由压力传感器和速度传感器采集的信号作为反馈系统的反馈信号，这些反馈信号在与系统的预设信号进行比较，从而利用闭环反馈控制对注塑机精准控制；
3)本发明由伺服控制器进行集中地数据处理，不但接收反馈信号和预设信号(其中，预设信号是根据当前工艺工况的具体要求预设的)，还承担了信号的转换、处理、传递等工作，实现了伺服控制器的模块化功能，更加便于技术人员集中式控制，便于管理，相比现有技术，在相同工艺的情况下，本发明节能大概在30％左右；
4)本发明中压力控制信号与扭转信号、流量控制信号与转速信号呈线性关系，可根据当前注塑工艺各个阶段的特点，优先选用具有速度特性或者压力特性的线性关系，从而使扭矩和转速更为协调，输出的压力和流量更为恰当，同时线性关系运算便于推广应用，伺服控制器运行处理更快捷；
5)本发明设有电气控制模块，不仅可抑制输入电源中的高次谐波消除电流冲击，且大大提高了功率因数，减少无用功；
6)本发明伺服控制器采用瑞萨SH7124系列的单片机，其搭载了SH-2内核高性能单芯片RISC及内置了大容量存储器，可在单一电源下进行闪存的改写、删除，可实现单芯片的工作模式，保证整个节能伺服控制系统信号传递、转换的快速性、准确性。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中伺服控制器的结构示意图；
图3为本发明中电气控制模块的结构示意图。
图中：1、伺服控制器，2、伺服电机，3、定量泵，4、压力传感器，5、速度传感器，6、电气控制模块，7、注塑机控制模块，8、控制元件，9、执行元件，11、数据处理模块，12、扭矩转换模块，13、速度转换模块，14、电抗器，15、滤波器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
如图1所示，一种注塑机节能伺服控制系统，包括注塑机控制模块7、伺服电机2、定量泵3、控制元件8和执行元件9，伺服电机2连接定量泵3，定量泵3连接控制元件8，控制元件8连接执行元件9，还包括伺服控制器1、压力传感器4和速度传感器5，伺服控制器1包括数据处理模块11、扭矩转换模块12和速度转换模块13，注塑机控制模块7连接数据处理模块11，数据处理模块11分别连接压力传感器4、速度传感器5、扭矩转换模块12和速度转换模块13，扭矩转换模块12和速度转换模块13分别连接伺服电机2，压力传感器4设于定量泵3出油管道上，速度传感器5为旋转编码器，设于伺服电机2的输出轴上，旋转编码器用于测量伺服电机2转速，具有体积小、重量轻、功能全、频响高、分辨能力高、力矩小、耗能低、性能稳定、可靠使用寿命长等特点。
压力控制信号与扭转信号、流量控制信号与转速信号呈一一对应的数学线性关系，便于操作员进行编程，且计算机运行更为快捷。
伺服控制器采用瑞萨SH7124系列的单片机，其搭载了SH-2内核高性能单芯片RISC及内置了大容量存储器，可在单一电源下进行闪存的改写、删除，可实现单芯片的工作模式，保证整个节能伺服控制系统信号传递、转换的快速性、准确性。
如图2所示，该节能伺服控制系统工作过程：
1)发送预设信号给伺服控制器1的数据处理模块11，其中，预设信号是根据当前工艺工况的具体要求预设的。
2)压力传感器4检测定量泵3出油管道上的压力反馈信号，速度传感器5检测伺服电机2输出轴的转速反馈信号，并向数据处理模块11发送。
3)数据处理模块11同时接收压力传感器4和速度传感器5的反馈信号，并将速度传感器5的转速反馈信号与流量值对应，转换为相应的流量反馈信号，再对比预设信号(压力预设信号和流量预设信号)和反馈信号(压力反馈信号和流量反馈信号)后，向扭矩转换模块12发送压力控制信号(电压信号)，以及向速度转换模块13发送流量控制信号(电压信号)，扭矩转换模块12向伺服电机2的扭矩控制端发送相应扭转信号，速度转换模块13向伺服电机2的转速控制端发送相应转速信号。
4)伺服电机2接收两个独立控制信号，实现对控制元件8的控制，控制元件8进而控制执行元件9。
本发明通过伺服控制器1对整个注塑机节能伺服控制系统进行集中控制，不但接收反馈信号和预设信号，还承担了信号的转换、处理、传递等工作，实现了伺服控制器1的模块化功能，同时，集中式控制使得节能效果好，相比现有技术，在相同工艺的情况下，本发明节能大概在30％左右。
实施例二
本实施例相比实施例一，还包括电气控制模块6，电气控制模块6分别连接工业交流电源和伺服控制器1。如图3所示，电气控制模块6包括滤波器15和电抗器14，滤波器15分别连接电抗器14和伺服控制器1，电抗器14连接工业交流电源。工作过程同实施例一，同时电气控制模块6可抑制输入电源中的高次谐波消除电流冲击，提高功率因数，减少无用功。
Claims (3)
1.一种注塑机节能伺服控制系统，包括注塑机控制模块、伺服电机、定量泵、控制元件和执行元件，所述伺服电机连接定量泵，所述定量泵连接控制元件，所述控制元件连接执行元件，其特征在于，还包括伺服控制器、压力传感器和速度传感器，所述伺服控制器包括数据处理模块、扭矩转换模块和速度转换模块，所述注塑机控制模块连接数据处理模块，所述数据处理模块分别连接压力传感器、速度传感器、扭矩转换模块和速度转换模块，所述扭矩转换模块和速度转换模块分别连接伺服电机，所述压力传感器设于定量泵出油管道上，所述速度传感器设于伺服电机的输出轴上，该系统还包括电气控制模块，所述电气控制模块分别连接工业交流电源和伺服控制器，所述电气控制模块包括滤波器和电抗器，所述滤波器分别连接电抗器和伺服控制器，所述电抗器连接工业交流电源，用以将工业交流电源中的高次谐波消除电流冲击，所述伺服控制器采用瑞萨SH7124系列的单片机，该单片机搭载SH-2内核高性能单芯片RISC并且内置大容量存储器；
注塑机控制模块将预设信号发送给数据处理模块，数据处理模块同时接收压力传感器和速度传感器的反馈信号，对比预设信号和反馈信号后，向扭矩转换模块发送压力控制信号，以及向速度转换模块发送流量控制信号，扭矩转换模块向伺服电机发送相应扭转信号，速度转换模块向伺服电机发送相应转速信号；
伺服控制器集中地进行数据处理，不但接收反馈信号和预设信号，还承担了信号的转换、处理、传递工作，实现了伺服控制器的模块化功能。
2.根据权利要求1所述的一种注塑机节能伺服控制系统，其特征在于，所述压力控制信号与扭转信号、流量控制信号与转速信号呈线性关系。
3.根据权利要求1所述的一种注塑机节能伺服控制系统，其特征在于，所述速度传感器为旋转编码器。
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