CN111842526A - 铝型材挤压机速度控制方法、系统及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝型材挤压机速度控制方法，包括：获取预设挤压速度，并根据预设挤压速度计算电子泵的流量；获取位移传感器采集的挤压杆的实时位移信息；根据实时位移信息计算挤压机的实时挤压速度；根据预设挤压速度及实时挤压速度，计算电子泵的实时需求流量；根据实时需求流量计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息；将转速控制信息发送至驱动器，以使驱动器根据转速控制信息控制电机的转速；将摆角控制信息发送至比例阀，以使比例阀根据摆角控制信息控制电子泵的摆角。本发明还公开了一种控制装置及一种铝型材挤压机速度控制系统。本发明通过对电机转速及电子泵摆角的同时调节，可有效满足高速挤压及低速挤压的要求，稳定性强。

Description

铝型材挤压机速度控制方法、系统及控制装置

技术领域

本发明涉及铝型材挤压机技术领域，尤其涉及一种铝型材挤压机速度控制方法、一种控制装置及一种铝型材挤压机速度控制系统。

背景技术

铝型材挤压机是对铝棒进行挤压定型的设备，挤压速度对产品质量及效率有重大意义。当前铝型材挤压机是采用液压驱动，并直接通过液压泵驱动部件进行动作。

挤压机的速度是根据挤压过程中对主缸位移进行采集进行计算得出当前的挤压速度，并根据当前的实时挤压速度与设定挤压速度对比运算进行输出。当前挤压速度控制有两种形式：(1)采用普通异步电机传动，通过控制液压泵的摆角来控制输出流量，从而控制挤压速度；(2)采用定量泵，通过变频电机/伺服电机控制转速，从而控制输出流量达到控制挤压速度的目的。

但是，当产品需要要求极低挤压速度来保证产品质量时，以上两种控制方法各有限制，均不能达到要求。其中，采用控制电机转速控制挤压速度，挤压机控制油路管道长，电机响应相对较慢，加减速过程太长影响控制效果，滞后性太大，控制不稳定，同时由于液压泵要求一个最低转速，不然会对泵有所损伤，受限于泵的最低转速，变频/伺服电机不能达到很小转速；采用控制泵的摆角时，由于泵的选型要满足快速运动需求，排量必须满足大流量输出，此时需要小流量时摆角的控制精度以及控制信号受干扰等已经不能控制极小流量。

因此，如何提供一种既能满足高速挤压又能满足低速挤压的方案是目前需要解决的问题

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种铝型材挤压机速度控制方法、系统及控制装置，可同时满足高速挤压及低速挤压，稳定性强。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种铝型材挤压机速度控制方法，包括：获取预设挤压速度，并根据所述预设挤压速度计算电子泵的流量；获取位移传感器采集的挤压杆的实时位移信息；根据所述实时位移信息计算挤压机的实时挤压速度；根据所述预设挤压速度及实时挤压速度，计算电子泵的实时需求流量；根据所述实时需求流量计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息；将所述转速控制信息发送至驱动器，以使所述驱动器根据所述转速控制信息控制电机的转速；将所述摆角控制信息发送至比例阀，以使所述比例阀根据所述摆角控制信息控制电子泵的摆角。

作为上述方案的改进，所述驱动器根据所述转速控制信息对电机进行闭环控制。

作为上述方案的改进，所述比例阀根据所述摆角控制信息对电子泵的斜盘机构进行闭环控制。

作为上述方案的改进，所述根据预设挤压速度及实时挤压速度计算电子泵的实时需求流量步骤包括：将预设挤压速度及实时挤压速度进行比较运算，以生成比较结果；根据所述比较结果，计算电子泵的实时需求流量。

作为上述方案的改进，所述根据所述实时需求流量计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息的步骤包括：根据所述实时需求流量，并通过耦合算法计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息。

相应地，本发明还提供了一种控制装置，包括：速度获取模块，用于获取预设挤压速度并根据所述预设挤压速度计算电子泵的流量；位移获取模块，用于获取位移传感器检测的挤压杆的实时位移信息；速度计算模块，用于根据所述实时位移信息计算挤压机的实时挤压速度；流量计算模块，用于根据预设挤压速度及所述实时挤压速度，计算电子泵的实时需求流量；控制信息计算模块，用于根据所述实时需求流量计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息；转速发送模块，用于将所述转速控制信息发送至驱动器，以使所述驱动器根据所述转速控制信息控制电机的转速；摆角发送模块，用于将所述摆角控制信息发送至比例阀，以使所述比例阀根据所述摆角控制信息控制电子泵的摆角。

作为上述方案的改进，所述流量计算模块包括：比较单元，用于将预设挤压速度及实时挤压速度进行比较运算，以生成比较结果；计算单元，用于根据所述比较结果，计算电子泵的实时需求流量。

作为上述方案的改进，所述控制信息计算模块根据所述实时需求流量，并通过耦合算法计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息。

相应地，本发明还提供了一种铝型材挤压机速度控制系统，包括位移传感器、驱动器、电机、比例阀、电子泵及上述控制装置；所述位移传感器与挤压机的挤压杆连接，用于检测挤压杆的实时位移信息；所述驱动器与电机连接，用于控制电机的转速；所述电机与电子泵连接，用于对电子泵进行传动；所述比例阀与电子泵中的斜盘机构连接，用于控制斜盘机构的角度。

作为上述方案的改进，所述电机为变频电机或伺服电机，所述电子泵为变转速电子泵。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明根据电机特性以及电子泵的摆角控制特性，同时控制电机转速及电子泵的摆角，将控制精度均摊到两个控制对象上；具体地，可通过泵的摆角快速响应来弥补电机响应慢的情况，并通过调节电机转速来弥补泵小摆角的控制精度以及控制稳定问题。

进一步，本发明还增加了耦合算法，在整个控制过程中一直进行流量更新分配，达到既能高效响应又能稳定调整当前流量供应，从而达到稳定控制挤压速度的效果，使得本发明不仅能满足高速挤压又能满足低速挤压，而且速度控制稳定，从整体上大大提高了铝型材挤压机的性能，生产更优质的产品，给客户带来更好的生产效益。

附图说明

图1是本发明铝型材挤压机速度控制方法的实施例流程图；

图2是本发明铝型材挤压机速度控制系统的结构示意图；

图3是本发明控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参见图1，图1显示了本发明铝型材挤压机速度控制方法的实施例流程图，其包括：

S101，获取预设挤压速度，并根据预设挤压速度计算电子泵的流量。

控制装置获取用户的预设挤压速度，并根据预设挤压速度计算电子泵的流量。

S102，获取位移传感器采集的挤压杆的实时位移信息。

本发明中，所述位移传感器为SSI(Serial Synchronized Interface)位移传感器。在实际的使用中，对挤压杆的位移检测采用了SSI位移传感器，位置信号输入到PLC控制器之前都是格雷码(Gray code)形式，传输过程中抗干扰能力强，减少了在平常使用中不少因为干扰造成的诸多问题。

S103，根据实时位移信息计算挤压机的实时挤压速度。

需要说明的是，在挤压过程中，PLC控制器根据位移传感器反馈的挤压杆实时位移信息，计算出挤压杆的运动速度，从而得出挤压机的实时挤压速度。

S104，根据预设挤压速度及实时挤压速度，计算电子泵的实时需求流量。

具体地，控制装置根据预设挤压速度及实时挤压速度计算电子泵的实时需求流量步骤包括：

(1)将预设挤压速度及实时挤压速度进行比较运算，以生成比较结果；

(2)根据所述比较结果，计算电子泵的实时需求流量。

Q＝V×S，其中，Q为流量，V为挤压速度，S为油缸面积。

S105，根据实时需求流量计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息。

需要说明的是，挤压机的挤压速度取决于给定的流量，而流量取决于电子泵的摆角以及电机的转速。本发明中控制装置根据需要达到的挤压速度计算出所需要的流量，将所需流量根据控制要求分配到电子泵的摆角控制与电机的转速控制上，这样在原本只控制电子泵的摆角或电机的转速，现在对两者同时进行控制，控制精度大大增加，挤压速度可比原有挤压速度更小更准确，能够满足当前需要挤压的高质量的产品需要低挤压速度的需求，同时又能满足高速挤压的情况。

优选地，控制装置根据所述实时需求流量，并通过耦合算法计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息。具体地，通过耦合算法计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息的步骤包括：

根据公式Q_需＝V_设定×S_油缸计算设定挤压速度所需流量Q_需，其中，V_设定为预设挤压速度，S_油缸为油缸面积；

根据公式Q_实＝Q_需+Q_PID计算实际挤压速度所需流量Q_实，Q_PID为PID控制算法所计算的流量；

根据公式Q_max＝N_max×Q_泵计算当前系统最大提供流量Q_max，其中，Q_泵为泵的排量，N_max为电机最大转速；

根据公式P1＝Q_实/Q_max计算流量与最大流量百分比P1；

根据公式P2＝P1×K3计算电机转速与最大转速百分比P2，其中，K3为流量分配系数；

根据公式P3＝P1/P2计算泵摆角与最大摆角百分比P3；

下面分别对电机加速过程及电机减速过程进行处理：

(一)电机加速过程：

根据公式P4＝K1×(t/t1)×P2计算电机实际转速与最大转速百分比P4，其中，K1为调整系数，t为电机加减速过程时间，t1为电机加速设定时间；

根据公式P5＝K2×Q_实/(P4×N_max×Q_泵)计算泵实际摆角与最大摆角百分比P5，其中，K2为调整系数；

(二)电机减速过程：

根据公式P4＝K1×((t2-t)/t2)×P2计算电机实际转速与最大转速百分比P4，其中，K1为调整系数，t为电机加减速过程时间，t2为电机设定减速时间；

根据公式P5＝K2×Q_实/(P4×N_max×Q_泵)计算泵实际摆角与最大摆角百分比P5，其中，K2为调整系数；

整个过程对K1、K2、K3值进行动态优化调整，其中，稳定运行过程中K1＝K2＝1。

启动时给电子泵大摆角，电机低转速，电机启动后又将流量进行重新分配，快接近挤压速度时再次分配流量，在整个控制过程中一直进行流量更新分配。因此，通过控制电机的转速、电子泵的摆角将控制系统耦合算法得出的流量分配各自执行完成，达到既能高效响应又能稳定调整当前流量供应，从而达到稳定控制挤压速度的效果。

S106，将转速控制信息发送至驱动器，以使驱动器根据所述转速控制信息控制电机的转速。

本发明中，所述电机可以为变频电机或伺服电机。与现有技术不同的是，本发明将原有的异步电机换成变频电机或伺服电机，并增加驱动器对电机的转速进行控制。

具体地，所述驱动器根据所述转速控制信息对电机进行闭环控制。也就是说，驱动器获取电机反馈的实时转速，并将实时转速与控制装置发送的转速控制信息进行比对；若实时转速低于到转速控制信息中的目标转速值，则驱动器提高电机的转速；若实时转速高于到转速控制信息中的目标转速值，则驱动器降低电机的转速；若实时转速等于到转速控制信息中的目标转速值，则驱动器维持电机的转速，从而实现对电机的闭环控制。

S107，将摆角控制信息发送至比例阀，以使比例阀根据摆角控制信息控制电子泵的摆角。

所述比例阀根据所述摆角控制信息对电子泵的斜盘机构进行闭环控制。也就是说，所述比例阀执行控制装置发送的摆角控制信息，从而控制斜盘机构，最终调节电子泵的流量输出。优选地，所述电子泵为变转速电子泵。

需要说明的是，控制装置包括PLC控制器及集成控制器，在实际的实施的过程中，步骤S101-S107可由PLC控制器独立完成；或者步骤S101-S104由PLC控制器完成，而步骤S105-S107由集成控制器完成。

由上可知，本发明将电机转速与电子泵摆角的控制综合起来。通过电子泵摆角的快速响应来弥补电机响应慢的情况，通过同时调节电机转速来弥补电子泵小摆角的控制精度以及控制稳定问题。本发明通过电机转速与电子泵摆角的相互弥补，相互协同合作，既满足高速响应，又满足低速温度控制，控制效果更好，控制范围更广。

参见图2，图2显示了本发明铝型材挤压机速度控制系统的具体结构，其包括位移传感器6、驱动器1、电机2、比例阀5、电子泵3及控制装置。具体地：

所述位移传感器6与挤压机的挤压杆连接，用于检测挤压杆的实时位移信息；本发明中，所述位移传感器6优选为SSI(Serial Synchronized Interface)位移传感器。在实际的使用中，对挤压杆的位移检测采用了SSI位移传感器，位置信号输入到控制装置之前都是格雷码(Gray code)形式，传输过程中抗干扰能力强，减少了在平常使用中不少因为干扰造成的诸多问题。

所述驱动器1与电机2连接，用于控制电机2的转速。本发明中，所述电机2为变频电机或伺服电机，与现有技术不同的是，本发明将原有的异步电机换成变频电机或伺服电机，并增加驱动器对电机2的转速进行控制。挤压过程中，所述驱动器1根据控制装置发送的转速控制信息对电机2进行闭环控制。

所述电机2与电子泵3连接，用于对电子泵3进行传动。

所述比例阀5与电子泵3中的斜盘机构4连接，用于控制斜盘机构4的角度。挤压过程中，所述比例阀5执行控制装置发送的摆角控制信息，从而控制斜盘机构4，最终调节电子泵3的流量输出。优选地，所述电子泵3为变转速电子泵。

如图3所示，控制装置包括速度获取模块71、位移获取模块72、速度计算模块73、流量计算模块74、控制信息计算模块75、转速发送模块76及摆角发送模块77，具体地：

速度获取模块71，用于获取预设挤压速度并根据所述预设挤压速度计算电子泵的流量。

位移获取模块72，用于获取位移传感器6检测的挤压杆的实时位移信息。

速度计算模块73，用于根据所述实时位移信息计算挤压机的实时挤压速度。在挤压过程中，速度计算模块73根据位移传感器反馈的挤压杆实时位移信息，计算出挤压杆的运动速度，从而得出挤压机的实时挤压速度。

流量计算模块74，用于根据预设挤压速度及所述实时挤压速度，计算电子泵的实时需求流量。其中，所述流量计算模块74包括：比较单元，用于将预设挤压速度及实时挤压速度进行比较运算，以生成比较结果；计算单元，用于根据所述比较结果，计算电子泵的实时需求流量。

控制信息计算模块75，用于根据所述实时需求流量计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息。优选地，所述控制信息计算模块75根据所述实时需求流量，并通过耦合算法计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息。

转速发送模块76，用于将所述转速控制信息发送至驱动器1，以使所述驱动器1根据所述转速控制信息控制电机2的转速。

摆角发送模块77，用于将所述摆角控制信息发送至比例阀5，以使所述比例阀5根据所述摆角控制信息控制电子泵3的摆角。

需要说明的是，控制装置包括PLC控制器及集成控制器，其中，速度获取模块71、位移获取模块72、速度计算模块73及流量计算模块74可集成于PLC控制器内，而控制信息计算模块75、转速发送模块76及摆角发送模块77可集成于集成控制器；或者，速度获取模块71、位移获取模块72、速度计算模块73、流量计算模块74、控制信息计算模块75、转速发送模块76及摆角发送模块77全部集成于PLC控制器内，但不以此为限制。

由上可知，本发明根据电机特性以及电子泵的摆角控制特性，同时控制电机转速及电子泵的摆角，将控制精度均摊到两个控制对象上；具体地，可通过泵的摆角快速响应来弥补电机响应慢的情况，并通过调节电机转速来弥补泵小摆角的控制精度以及控制稳定问题。

同时，本发明增加耦合算法，在整个控制过程中一直进行流量更新分配，达到既能高效响应又能稳定调整当前流量供应，从而达到稳定控制挤压速度的效果，使得本发明不仅能满足高速挤压又能满足低速挤压，而且速度控制稳定，从整体上大大提高了铝型材挤压机的性能，生产更优质的产品，给客户带来更好的生产效益。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝型材挤压机速度控制方法，其特征在于，包括：

获取预设挤压速度，并根据所述预设挤压速度计算电子泵的流量；

获取位移传感器采集的挤压杆的实时位移信息；

根据所述实时位移信息计算挤压机的实时挤压速度；

根据所述预设挤压速度及实时挤压速度，计算电子泵的实时需求流量；

根据所述实时需求流量计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息；

将所述转速控制信息发送至驱动器，以使所述驱动器根据所述转速控制信息控制电机的转速；

将所述摆角控制信息发送至比例阀，以使所述比例阀根据所述摆角控制信息控制电子泵的摆角。

2.如权利要求1所述的铝型材挤压机速度控制方法，其特征在于，所述驱动器根据所述转速控制信息对电机进行闭环控制。

3.如权利要求1所述的铝型材挤压机速度控制方法，其特征在于，所述比例阀根据所述摆角控制信息对电子泵的斜盘机构进行闭环控制。

4.如权利要求1所述的铝型材挤压机速度控制方法，其特征在于，所述根据预设挤压速度及实时挤压速度计算电子泵的实时需求流量步骤包括：

将预设挤压速度及实时挤压速度进行比较运算，以生成比较结果；

根据所述比较结果，计算电子泵的实时需求流量。

5.如权利要求1所述的铝型材挤压机速度控制方法，其特征在于，所述根据所述实时需求流量计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息的步骤包括：根据所述实时需求流量，并通过耦合算法计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息。

6.一种控制装置，其特征在于，包括：

速度获取模块，用于获取预设挤压速度并根据所述预设挤压速度计算电子泵的流量；

位移获取模块，用于获取位移传感器检测的挤压杆的实时位移信息；

速度计算模块，用于根据所述实时位移信息计算挤压机的实时挤压速度；

流量计算模块，用于根据预设挤压速度及所述实时挤压速度，计算电子泵的实时需求流量；

控制信息计算模块，用于根据所述实时需求流量计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息；

转速发送模块，用于将所述转速控制信息发送至驱动器，以使所述驱动器根据所述转速控制信息控制电机的转速；

摆角发送模块，用于将所述摆角控制信息发送至比例阀，以使所述比例阀根据所述摆角控制信息控制电子泵的摆角。

7.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述流量计算模块包括：

比较单元，用于将预设挤压速度及实时挤压速度进行比较运算，以生成比较结果；

计算单元，用于根据所述比较结果，计算电子泵的实时需求流量。

8.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述控制信息计算模块根据所述实时需求流量，并通过耦合算法计算电机的转速控制信息及电子泵的摆角控制信息。

9.一种铝型材挤压机速度控制系统，其特征在于，包括位移传感器、驱动器、电机、比例阀、电子泵及权利要求6～8任一项所述的控制装置；

所述位移传感器与挤压机的挤压杆连接，用于检测挤压杆的实时位移信息；

所述驱动器与电机连接，用于控制电机的转速；

所述电机与电子泵连接，用于对电子泵进行传动；

所述比例阀与电子泵中的斜盘机构连接，用于控制斜盘机构的角度。

10.如权利要求9所述的铝型材挤压机速度控制系统，其特征在于，所述电机为变频电机或伺服电机，所述电子泵为变转速电子泵。

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