EP0587043B1 - Method and arrangement for control and regulation of a pressure generator for several different hydraulic consumers connected in parallel - Google Patents
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- EP0587043B1 EP0587043B1 EP93114029A EP93114029A EP0587043B1 EP 0587043 B1 EP0587043 B1 EP 0587043B1 EP 93114029 A EP93114029 A EP 93114029A EP 93114029 A EP93114029 A EP 93114029A EP 0587043 B1 EP0587043 B1 EP 0587043B1
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Definitions
- the invention relates to a method and a device to control and regulate a pressure generator z.
- B. a variable displacement pump for several in parallel and in temporal overlay, different hydraulic Consumers in machine tools and processing machines with cyclically recurring workflows by the Pressure generator are supplied with pressure medium, whereby the pressure values for the respective consumers and the corresponding pressure setpoints for the pressure generator be specified by an input and arithmetic unit.
- DE OS 3 943 357 is a generic one Circuit arrangement with control electronics for the magnetic coils of actuators of a hydraulic circuit known to several consumers.
- the control of the actuators for consumers is done in conjunction with the Regulation of the variable pump for the flow. Process engineering it happens so that the electronic control only becomes effective when there is an increased power requirement the pump delivery quantity of the connected consumers is no longer sufficient to meet requirements.
- the pump flow adapt to the respective need or by the maximum Limit of the possible flow rate not too the flow rate is exceeded with the help of the actuators or metered by the control pump. For that they have Actuators corresponding signal devices (signal pickups and signal generator), which is used as an input signal in the electronic Control go.
- the aim of the invention is to control and regulating effort of hydraulic systems connected in parallel and superimposed over time Economically cheaper and in technically with less hydraulic effort To make controls more reliable.
- the object of the invention is to provide a method and a control and control device for the pressure generator and for the to design parallel connected hydraulic consumers or train that in the operation of the consumer with minimal energy consumption no discontinuities and no indifferent States occur.
- the method according to the invention enables various designs for control and regulation of parallel connected different hydraulic consumers. So can for a selected process engineering consumer, which is a comparatively high average energy requirement has a regulation of the pressure flow on the basis of pressure values determined by a pressure sensor, while the printing needs for other consumers after the Envelope is regulated.
- the activation of a Proportional throttle valve s a constant adjustment of the current pressure value of the selected consumer at the input value the associated input and arithmetic unit. This pressure control always takes place when the specified pressure values of the other operated in parallel Consumers are lower than the current pressure value for is the selected consumer.
- This pressure control can be used with the other consumers but also when these consumers stand still be performed.
- the maximum operating pressure as pump pressure for the pressure generator be specified.
- the actual pressure curve resulting from the respective Machine functions results in predetermined pressure and Time additions as an envelope by the input and arithmetic unit is determined and in the next following cycles is due the similarity of the processes running according to this Envelope controlled by pump pressure.
- Method in the device for performing the invention is the input and arithmetic unit on the one hand with a first Control electronics connected to the pressure of the pressure generator controls and on the other hand with at least one second control electronics connected to the consumer controls.
- the input and arithmetic unit is after input the pressure values and the on and off times of the individual consumers an envelope for the entire work cycle calculates that from the pressure generator specifies delivering pressure curve over time.
- the pressure generator will be exactly the same at all times Ensured pressure requirement, which is made up of the number and the respective performance requirements of those in operation Consumer results.
- the pressure generator is a variable displacement pump, whose pressure control device has a proportional pressure control valve is assigned, which is adjusted by the first control electronics becomes.
- Another feature of the invention is that one selected consumers with high energy requirements a pressure transducer assigned, on the one hand with the input and computing unit and on the other hand via a proportional throttle valve, a third control electronics and a tachometer generator is connected to the selected consumer and its current pressure values constantly to the input values the input and arithmetic unit are adapted. This is for this consumer a pressure control deviating from the envelope possible if the pressure values of the others are parallel operated consumers are less than that of the pressure sensor measured pressure value.
- a pressure generator z. B. a variable pump for several different hydraulic consumers connected in parallel should first use the example for the different Consumer of an injection molding machine for plastics processing to be viewed as.
- the method according to the invention is however without problems on other processing machines or Machine tools transferable, where parallel operated consumers with different power requirements with pressure medium need to be supplied.
- hydraulic circuit are controlled by a pressure Variable pump 1 from the consumer clamping unit 12, Injection unit 13 and the plasticizing drive 15 via a delivery line 1.1 and parallel line branches 1.2 with pressure medium provided.
- the pressure p in the delivery line 1.1 is a parallel switched system safety valve 14 limited.
- the consumers Closing unit 12 and injection unit 13 are over accordingly upstream valve technology 9 and 10, which as Proportional control valves or servo or proportional control valves can be executed, controlled.
- the performance parameters for consumers 12 and 13 are about an input and computing unit 16, which with the valve technology 9 and 10 and a second control electronics 4.2 linked is specified.
- the variable pump 1 According to the power requirements of individual hydraulic consumers connected in parallel is the variable pump 1, by a hydraulic pressure control unit 2 in a parallel line branch 1.3, adjustable. Via a downstream in line branch 1.3
- Proportional pressure relief valve 3 is the set point the hydraulic pressure control unit 2 changeable. This variable set point determines the time at which the variable pressure pump 1 automatically should swivel in.
- the proportional pressure relief valve 3 is with a first control electronics 4.1 for the variable displacement pump 1 linked and controlled by this.
- the input- and computing unit 16 receives from a pressure sensor 5, the one with the parallel line branch 1.2 for the plasticizing drive 15 is connected to the actual pressure value.
- the plasticizing drive 15 is selected procedural consumer considered and separately controlled and regulated. This is in parallel Line branch 1.2 in front of the plasticizing drive 15 Proportional throttle valve 8.
- the pressure transducer 5 is over the proportional throttle valve 8, a third control electronics 7 and a tachometer generator 6 with the selected one Consumer plasticizing drive 15 electrically linked so that the speed of the plasticizing drive 15 on any preselectable value can be kept constant.
- the third control electronics 7 receives the speed setpoint via an electrical line connection from the input and computing unit 16.
- inventive Method for controlling and regulating a pressure generator for different hydraulic systems connected in parallel Consumers intend to add the sum of all partial flows to choose the individual consumers so that at parallel expiring machine functions the total flow of the Variable pump 1 is not reached and therefore the pressure level can be preselected as high as required.
- the pressure setpoint of the variable pump 1 is not only about regulation by means of tachogenerator 6 and proportional throttle valve 8 kept constant, but takes place simultaneously a pressure-superimposed flow control via the pressure sensor 5 in connection with the proportional throttle valve 8.
- the required pressure with the partial flow, depending results as required, is by the variable pump 1 on the Lines 1.1 and 1.2 provided.
- 2 to 6 is the pressure curve p on the y-axis in diagrams and the cycle time t on the x-axis for a different one Number of parallel switched consumers labeled a, b, c, d, e and f are for a working or processing machine different performance parameters.
- FIG. 3 shows in an analogous manner for six consumers a, b, c, d, e and f the pressure curve during a cycle evident.
- the consumer d is the consumer, the one Much of the cycle time is claimed for itself. From the different Area representation of the individual consumers, which overlap in certain time periods can be seen which consumers at what time of the cycle in parallel operate.
- the power consumption is on the time axis t of the consumer d through the time period t 1 to marked t 2.
- t 1 For the consumer d, the one has special procedural priority
- the pressure control always takes place when the Input values of the other consumers operated in parallel c and e are lower than the current pressure value.
- the regulated pressure value p reg as a curve in the Period of t 1 and t 2 recognizable that below the The target pressure p target shown as a straight line runs.
- This Variant has the advantage that over periods of the Overall cycle an energy saving through the adjusted Control pressure p reg is possible.
- the 5 shows an embodiment variant with three consumers for process control and regulation illustrates, in which the specification of the The target pressure value p should be based on a decision table.
- the first control electronics 4.1 the input values of the input and computing unit 16 and / or the actual pressure values of at least one pressure sensor 5 made a decision.
- the decision becomes dependent the priority of the current function after a given decision table. That’s it possible that the pump pressure p via the proportional pressure relief valve 3 and the pressure control unit 2 can be predetermined. This adjustment enables an improved economic operation compared to the variants described so far.
- From Figuar 6 is a control and regulation variant of the Invention removable, the highest from a technical point of view Has comfort.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung und Regelung eines Druckstromerzeugers z. B. einer Verstellpumpe für mehrere parallel geschaltete und in zeitlicher Überlagerung arbeitende, unterschiedliche hydraulische Verbraucher in Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen mit zyklisch wiederkehrenden Arbeitsabläufen, die von dem Druckstromerzeuger mit Druckmittel versorgt werden, wobei die Druckwerte für die jeweiligen Verbraucher und die entsprechenden Drucksollwerte für den Druckstromerzeuger durch eine Eingabe- und Recheneinheit vorgegeben werden.The invention relates to a method and a device to control and regulate a pressure generator z. B. a variable displacement pump for several in parallel and in temporal overlay, different hydraulic Consumers in machine tools and processing machines with cyclically recurring workflows by the Pressure generator are supplied with pressure medium, whereby the pressure values for the respective consumers and the corresponding pressure setpoints for the pressure generator be specified by an input and arithmetic unit.
Aus der DE OS 3 943 357 ist eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Ansteuerelektronik für die Magnetspulen von Stellgliedern eines hydraulischen Kreislaufes mit mehreren Verbrauchern bekannt. Die Regelung der Stellglieder für die Verbraucher erfolgt in Verbindung mit der Regelung der Verstellpumpe für den Förderstrom. Verfahrenstechnisch geschieht das so, daß die elektronische Steuerung erst dann wirksam wird, wenn durch einen erhöhten Leistungsbedarf der angeschlossenen Verbraucher die Pumpenfödermenge zur Bedarfsdeckung nicht mehr ausreicht. Um den Pumpenförderstrom dem jeweiligen Bedarf anzupassen bzw. um den maximalen Grenzwert des möglichen Förderstromes nicht zu überschreiten, wird der Förderstrom mit Hilfe der Stellglieder bzw. durch die Regelpumpe dosiert. Dazu besitzen die Stellglieder entsprechende Signaleinrichtungen (Signalaufnehmer und Signalgeber), die als Eingangssignal in die elektronische Steuerung gehen. Das bedeutet, daß erst nachdem der Leistungsbedarf der angeschlossenen hydraulischen Verbraucher durch den eingestellten Förderstrom des Druckstromerzeugers über- oder unterschritten wurde, eine Regelung der jeweiligen Parameter über die Ansteuerelektronik erfolgt. Das hat den Nachteil, daß bei hoher Maschinendynamik und wechselnden Betriebsdrücken die Verbraucher Geschwindigkeitsveränderungen erfahren, bedingt durch Zu- oder Abschaltvorgänge. Diese indifferenten Geschwindigkeitsveränderungen haben nicht nur negative Auswirkungen auf den gleichmäßigen Ablauf einzelner Funktionsinhalte der hydraulischen Verbraucher, sondern beeinträchtigen somit auch die Reproduzierbarkeit des Maschinenzyklus und die Qualität des zu be- oder verarbeitenden Produktes. Dieser Nachteil macht sich besonders bei hoher Maschinendynamik und großer Entfernung des Druckstromerzeugers zum Verbraucher bemerkbar. Bei Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen, wie z. B. bei einer Spritzgießmaschine zur Kunststoffverarbeitung, ist die Einhaltung der verfahrenstechnisch vorgegebenen Parameter des Maschinenzyklusses jedoch zwingend erforderlich. So können z. B. Drehzahlschwankungen der Plastifizierschnecke, die durch Umschalt- oder Nachregelungsvorgänge hervorgerufen werden, nachteilige Auswirkungen auf das Einzugsverhalten des Kunststoffmaterials haben, die nicht hinnehmbar sind. Eine derartige Lösung ist daher für die Steuerung und Regelung des Spritzgießprozesses bei der Kunststoffverarbeitung ungeeignet.DE OS 3 943 357 is a generic one Circuit arrangement with control electronics for the magnetic coils of actuators of a hydraulic circuit known to several consumers. The control of the actuators for consumers is done in conjunction with the Regulation of the variable pump for the flow. Process engineering it happens so that the electronic control only becomes effective when there is an increased power requirement the pump delivery quantity of the connected consumers is no longer sufficient to meet requirements. To the pump flow adapt to the respective need or by the maximum Limit of the possible flow rate not too the flow rate is exceeded with the help of the actuators or metered by the control pump. For that they have Actuators corresponding signal devices (signal pickups and signal generator), which is used as an input signal in the electronic Control go. That means that only after the power requirement of the connected hydraulic consumers by the set flow rate of the pressure generator was exceeded or fallen below, a regulation of respective parameters via the control electronics. This has the disadvantage that with high machine dynamics and changing operating pressures the consumer speed changes experienced, due to switching on or off. This indifferent Changes in speed do not only have negative effects on the even flow of individual functional content of hydraulic consumers, but impair hence the reproducibility of the machine cycle and the quality of what is to be processed or processed Product. This disadvantage is particularly noticeable at high Machine dynamics and long distance of the pressure generator noticeable to the consumer. For machine tools and processing machines, such as B. in an injection molding machine Plastic processing, is compliance with the process engineering given parameters of the machine cycle, however absolutely necessary. So z. B. Speed fluctuations of the plasticizing screw caused by Switching or readjustment processes are caused, adverse effects on the feeding behavior of the plastic material have that are unacceptable. Such Solution is therefore for the control and regulation of the Injection molding process unsuitable for plastics processing.
Ferner ist aus dem Stand der Technik ein sogenanntes "load sensing" Verfahren bekannt, bei dem eine rein hydraulische Steuerung und Regelung des Volumenstromes und des Pumpendruckes erfolgt. Ein solches Verfahren ist jedoch nur zur Steuerung und Regelung von langsamen Bewegungsvorgängen, wie sie z. B. in mobilen Anlagen auftreten, geeignet. Für schnelle und dynamische Bewegungsvorgänge, in Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen mit zyklisch wiederkehrenden Arbeitsabläufen, ist eine derartige Steuerung und Regelung zu träge und damit nicht sinnvoll.Furthermore, a so-called "load." sensing "method known in which a purely hydraulic Control and regulation of the volume flow and the pump pressure he follows. However, such a method is only for Control and regulation of slow movements, such as they z. B. occur in mobile systems, suitable. For fast and dynamic movements, in tool and Processing machines with cyclically recurring work processes, such control and regulation is too sluggish and therefore not useful.
Ziel der Erfindung ist es, den Steuerungs- und Regelunsaufwand von parallel geschalteten und zeitlich überlagerten hydraulischen Verbrauchern ökonomisch kostengünstiger und in technischer Hinsicht mit einem geringenren Aufwand an hydraulischen Steuerelementen funktionssicherer zu gestalten. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Steuer- und Regeleinrichtung für den Druckstromerzeuger und für die parallel geschalteten hyraulischen Verbraucher so zu gestalten bzw. auszubilden, daß beim Betrieb der Verbraucher mit geringstem Energieaufwand keine Unstetigkeiten und keine indifferenten Zustände auftreten.The aim of the invention is to control and regulating effort of hydraulic systems connected in parallel and superimposed over time Economically cheaper and in technically with less hydraulic effort To make controls more reliable. The object of the invention is to provide a method and a control and control device for the pressure generator and for the to design parallel connected hydraulic consumers or train that in the operation of the consumer with minimal energy consumption no discontinuities and no indifferent States occur.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe
durch die merkmale der kennzeichnenden Teile der
unabhängigen Ansprüche 1 und 5 gelöst, und zwar dadurch
daß die Eingabe- und
Recheneinheit nach der Eingabe der Druckwerte und der ein-
und Ausschaltzeitpunkte der einzelnen Verbraucher eine Hüllkurve
für den gesamten Arbeitszyklus berechnet, die den vom
Druckstromerzeuger zu liefernden Druckverlauf über der Zeit
vorgibt. Dadurch wird durch den Druckstromerzeuger zu jedem
Zeitpunkt der Druckbedarf sichergestellt, der sich aus der
Anzahl und den jeweiligen Leistunsanforderungen der sich im
Betrieb befindlichen Verbraucher ergibt.According to the task
by the characteristics of the characteristic parts of the
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht verschiedene Ausführungen zur Steuerung und Regelung von parallel geschalteten unterschiedlichen hydraulischen Verbrauchern. So kann für einen ausgewählten verfahrenstechnischen Verbraucher, der vergleichsweise eine sehr hohen durchschnittlichen Energiebedarf hat, eine Regelung des Druckstromes an Hand der von einem Druckaufnehmer ermittelten Druckwerte erfolgen, während der Druckbedarf für die übrigen Verbraucher nach der Hüllkurve geregelt wird. Dabei wird über die Ansteuerung eines Proportionaldrosselventiles eine ständige Anpassung des aktuellen Druckwertes des ausgewählten Verbrauchers zum Eingabewert der zugehörigen Eingabe- und Recheneinheit vorgenommen. Diese Druckregelung erfolgt immer dann, wenn die vorgegebenen Druckwerte der anderen parallel betriebenen Verbraucher niedriger sind als der aktuelle Druckwert für den ausgewählten Verbraucher ist.The method according to the invention enables various designs for control and regulation of parallel connected different hydraulic consumers. So can for a selected process engineering consumer, which is a comparatively high average energy requirement has a regulation of the pressure flow on the basis of pressure values determined by a pressure sensor, while the printing needs for other consumers after the Envelope is regulated. Here, the activation of a Proportional throttle valves a constant adjustment of the current pressure value of the selected consumer at the input value the associated input and arithmetic unit. This pressure control always takes place when the specified pressure values of the other operated in parallel Consumers are lower than the current pressure value for is the selected consumer.
Diese Druckregelung kann bei gleichzeitigem Betrieb mit den übrigen Verbrauchern aber auch bei Stillstand dieser Verbraucher durchgeführt werden.This pressure control can be used with the other consumers but also when these consumers stand still be performed.
Gemäß der Erfindung kann auch bei einem sich zyklisch wiederholenden verfahrenstechnischen Funktonsablauf in der Werkzeug- und Verarbeitungsmaschine bei jedem ersten Zyklus der maximale Betriebsdruck als Pumpendruck für den Druckstromerzeuger vorgegeben werden. In diesem Fall wird der tatsächliche Druckverlauf, der sich aus den jeweiligen Maschinenfunktionen ergibt, über vorzugebende Druck- und Zeitzugaben als Hüllkurve durch die Eingabe- und Recheneinheit ermittelt und in den nächstfolgenden Zyklen wird aufgrund der Ähnlichkeit der ablaufenden Prozesse nach dieser Hüllkurve der Pumpendruck gesteuert.According to the invention, even with a cyclically repeating procedural function sequence in the Tool and processing machine on every first cycle the maximum operating pressure as pump pressure for the pressure generator be specified. In this case the actual pressure curve resulting from the respective Machine functions results in predetermined pressure and Time additions as an envelope by the input and arithmetic unit is determined and in the next following cycles is due the similarity of the processes running according to this Envelope controlled by pump pressure.
Bei der Einrichtung zur Druchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 5 ist die Eingabe- und Recheneinheit einerseits mit einer ersten Ansteuerelektronik verbunden, die den Druck des Druckstromerzeugers steuert und andererseits mit mindestens einer zweiten Ansteuerelektronik verbunden, die die Verbraucher steuert. Durch die Eingabe- und Recheneinheit wird nach Eingabe der Druckwerte und der Ein- und Ausschaltzeitpunkte der einzelnen Verbraucher eine Hüllkurve für den gesamten Arbeitszyklus berechnet, die den vom Druckstromerzeuger zu liefernden Druckverlauf über der Zeit vorgibt. Durch den Druckstromerzeuger wird somit zu jedem Zeitpunkt genau der Druckbedarf sichergestellt, der sich aus der Anzahl und den jeweiligen Leistungsanforderungen der sich in Betrieb befindlichen Verbraucher ergibt.In the device for performing the invention Method according to the features in the preamble of claim 5 is the input and arithmetic unit on the one hand with a first Control electronics connected to the pressure of the pressure generator controls and on the other hand with at least one second control electronics connected to the consumer controls. The input and arithmetic unit is after input the pressure values and the on and off times of the individual consumers an envelope for the entire work cycle calculates that from the pressure generator specifies delivering pressure curve over time. By the The pressure generator will be exactly the same at all times Ensured pressure requirement, which is made up of the number and the respective performance requirements of those in operation Consumer results.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Druckstromerzeuger eine Verstellpumpe ist, deren Druckregeleinrichtung ein Proportionaldruckregelventil zugeordnet ist, das von der ersten Ansteuerelektronik verstellt wird.According to a further embodiment of the invention, that the pressure generator is a variable displacement pump, whose pressure control device has a proportional pressure control valve is assigned, which is adjusted by the first control electronics becomes.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß einem ausgewählten Verbraucher mit hohem Energiebedarf ein Druckaufnehmer zugeordnet ist, der einerseits mit der Eingabe- und Recheneinheit und andererseits über ein Proportionaldrosselventil, einer dritten Ansteuerelektronik und einem Tachogenerator mit dem ausgewählten Verbraucher verbunden ist und dessen aktuelle Druckwerte ständig an die Eingabewerte der Eingabe- und Recheneinheit angepaßt werden. Dadurch ist für diesen Verbraucher eine der Hüllkurve abweichende Druckregelung möglich, wenn die Druckwerte der anderen parallel betriebenen Verbraucher geringer sind, als der vom Druckaufnehmer gemessene Druckwert ist.Another feature of the invention is that one selected consumers with high energy requirements a pressure transducer assigned, on the one hand with the input and computing unit and on the other hand via a proportional throttle valve, a third control electronics and a tachometer generator is connected to the selected consumer and its current pressure values constantly to the input values the input and arithmetic unit are adapted. This is for this consumer a pressure control deviating from the envelope possible if the pressure values of the others are parallel operated consumers are less than that of the pressure sensor measured pressure value.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Schaltungsanordnung zur Steuerung und Regelung eines Druckstromerzeugers z. B. einer Verstellpumpe für unterschiedliche hydraulische Verbraucher in Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen bestehen darin, daß der Ausrüstungsbedarf für den hydraulischen Kreislauf durch die Einsparung von Ventiltechnik und Steuerungselementen erheblich reduziert wird, was zu größeren Kosteneinsparungen führt. Ferner wird der energetische Wirkungsgrad der hydraulischen Anlage durch die erfindungsgemäße Druckregelung wesentlich verbessert, da die parallel geschalteten hydraulischen Verbraucher durch die neue Steuerung und Regelung auf einem niedrigeren Druckniveau betrieben werden können und für die Zuschaltung von leistungsstarken Verbrauchern keine besonderen Leistungsreserven erforderlich sind, solange die Förderstromanforderung der bereitsgestellten Menge ist.The advantages of the method and the circuit arrangement according to the invention to control and regulate a pressure generator e.g. B. a variable pump for different hydraulic consumers in machine tools and processing machines are that the equipment needs for the hydraulic circuit by saving valve technology and control elements is significantly reduced, resulting in leads to greater cost savings. Furthermore, the energetic Efficiency of the hydraulic system by the invention Pressure control significantly improved since the hydraulic consumers connected in parallel by the new control and regulation at a lower pressure level can be operated and for the connection of high-performance consumers no special performance reserves are required as long as the flow request the quantity already provided.
Die Erfindung soll nachstehend in allgemeinen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen ist dargestellt
- Fig. 1
- Hydraulische Schaltung für die Verbraucher einer Spritzgießmaschine zur Kunststoffverarbeitung
- Fig. 3
- Diagramm zum Druckverlauf über eine Zykluszeit mit sechs parallel geschalteten Verbrauchern, wovon einer ein verfahrenstechnisch ausgewählter Verbraucher ist.
- Fig. 5
- Diagramm zum Druckverlauf für drei parallel geschaltete Verbraucher, bei denen innerhalb der Zykluszeit die Druckwertvorgabe nach einer Entscheidungstabelle erfolgt.
- Fig. 6
- Diagramn zum Druckverlauf für vier parallel geschaltete Verbraucher über zwei Zeit zyklen und einer Druckwertvorgabe nach einem Soll-Ist-Vergleich
- Fig. 1
- Hydraulic circuit for the consumers of an injection molding machine for plastics processing
- Fig. 3
- Diagram of the pressure curve over a cycle time with six consumers connected in parallel, one of which is a consumer selected in terms of process technology.
- Fig. 5
- Diagram of the pressure curve for three consumers connected in parallel, for which the pressure value is specified according to a decision table within the cycle time.
- Fig. 6
- Diagrams of the pressure curve for four consumers connected in parallel over two time cycles and a pressure value specification based on a target-actual comparison
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und Regelung
eines Druckstromerzeugers z. B. einer Verstellpumpe für mehrere
parallel geschaltete unterschiedliche hydraulische Verbraucher
soll zunächst am Beispiel für die verschiedenen
Verbraucher einer Spritzgießmaschine zur Kunststoffverarbeitung
betrachtet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist
jedoch problemlos auf andere Verarbeitungsmaschinen oder
Werkzeumaschinen übertragbar, wo parallel betriebene Verbraucher
mit unterschiedlichem Leistungsbedarf mit Druckmittel
versorgt werden müssen. In der in Figur 1 dargestellten
hydraulischen Schaltung werden von einer druckgeregelten
Verstellpumpe 1 aus die Verbraucher Schließeinheit 12,
Spritzeinheit 13 und der Plastizierantrieb 15 über eine Förderleitung
1.1 und parallele Leitungszweige 1.2 mit Druckmittel
versorgt.The control and regulation method according to the invention
a pressure generator z. B. a variable pump for several
different hydraulic consumers connected in parallel
should first use the example for the different
Consumer of an injection molding machine for plastics processing
to be viewed as. The method according to the invention is
however without problems on other processing machines or
Machine tools transferable, where parallel operated consumers
with different power requirements with pressure medium
need to be supplied. In the illustrated in Figure 1
hydraulic circuit are controlled by a
Der Druck p in der Förderleitung 1.1 wird durch ein parallel
geschaltetes Anlagensicherheitsventil 14 begrenzt. Die Verbraucher
Schließeinheit 12 und Spritzeinheit 13 werden über
entsprechend vorgeschaltete Ventiltechnik 9 und 10, die als
Proportionalsteuerventile bzw. Servo- oder Proportionalregelventile
ausgeführt sein können, angesteuert. Die Leistungsparameter
für die Verbraucher 12 und 13 werden über
eine Eingabe- und Recheneinheit 16, die mit der Ventiltechnik
9 und 10 und einer zweiten Ansteuerelektronik 4.2 verknüpft
ist, vorgegeben. Entsprechend dem Leistungsbedarf der
einzelnen parallel geschalteten hydraulischen Verbraucher
ist die Verstellpumpe 1, durch eine hydraulische Druckregeleinheit
2 in einem parallelen Leitungszweig 1.3, verstellbar.
Über ein im Leitungszweig 1.3 nachgeschaltetes
Proportionaldruckbegrenzungsventil 3 ist der Einstellpunkt
der hydraulischen Druckregeleinheit 2 veränderbar. Dieser
veränderliche Einstellpunkt bestimmt den Zeitpunkt, bei welchem
vorgegebenen Druckwert die Verstellpumpe 1 selbständig
einschwenken soll. Das Proportionaldruckbegrenzungsventil 3
ist mit einer ersten Ansteuerelektronik 4.1 für die Verstellpumpe
1 verknüpft und durch diese ansteuerbar. Die Eingabe-
und Recheneinheit 16 erhält von eine Druckaufnehmer 5,
der mit dem parallelen Leitungszweig 1.2 für den Plastizierantrieb
15 verbunden ist, den Druckistwert. In diesem Ausführungsbeispiel
wird der Plastizierantrieb 15 als ausgewählter
verfahrenstechnischer Verbraucher betrachtet und gesondert
gesteuert und geregelt. Dazu befindet sich im parallelen
Leitungszweig 1.2 vor dem Plastizierantrieb 15 ein
Proportionaldrosselventil 8. Der Druckaufnehmer 5 ist über
das Proportionaldrosselventil 8, eine dritte Ansteuerelektronik
7 und einen Tachogenerator 6 mit dem ausgewählten
Verbraucher Plastizierantrieb 15 elektrisch so verknüpft,
daß die Drehzahl des Plastizierantriebes 15 auf einem beliebig
vorwählbaren Wert konstant gehalten werden kann. Die
dritte Ansteuerelektronik 7 erhält dazu den Drehzahl-Sollwert
über eine elektrische Leitungsverbindung aus der Eingabe-
und Recheneinheit 16. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren zur Steuerung und Regelung eines Druckstromerzeugers
für parallel geschaltete unterschiedliche hydraulische
Verbraucher besteht die Absicht, die Summe aller Teilströme
zu den einzelnen Verbrauchern so zu wählen, daß bei parallel
ablaufenden Maschinenfunktionen der Gesamtförderstrom der
Verstellpumpe 1 nicht erreicht wird und dadurch das Druckniveau
beliebig hoch vorwählbar ist. The pressure p in the delivery line 1.1 is a parallel
switched
Die Entscheidung, wieviel Verbraucher mit welchen Parametern
betrieben werden dürfen, ist in der Software der
Spritzgießmaschine gelöst. Erfolgen keine gleichzeitigen
Maschinenfunktionen, entscheidet die Software über die
Anpassung des tatäschlich beim Plastizieren auftretenden
Hydraulikdruckes am Druckaufnehmer 5, welches Druckniveau
das Proportionaldruckbegrenzungsventil 3 einnehmen soll, um
damit die Verstellpumpe 1 im erforderlichen Teillastbereich
betreiben zu können. Wird z. B. die Maschinenfunktion Plastizieren
in der Kühlzeit (Standzeit der übrigen Verbraucher)
nicht abgeschlossen, so ist ein ganz bestimmter Ablauf
notwendig, der vor Ablauf der Kühlzeit z. B. 2 Sekunden vorher,
den Anlagendruck am Proportionaldruckbegrenzungsventil
3 auf den Maximalwert verstellt, damit die volle Leistungsbereitschaft,
entsprechend der vorgewählten Eingabewerte der
Eingabe- und Recheneinheit, für die wieder neu hinzukommenden
Verbraucher der Spritzgießmaschine gewährleistet ist.
Der Drucksollwert der Verstellpumpe 1 wird nicht nur über
die Regelung mittels Tachogenerator 6 und Proportionaldrosselventil
8 konstant gehalten, sondern gleichzeitig erfolgt
eine drucküberlagerte Förderstromregelung über den Druckaufnehmer
5 in Verbindung mit dem Proportionaldrosselventil 8.
Der erforderliche Druck mit dem Teilförderstrom, der sich je
nach Bedarf ergibt, wird durch die Verstellpumpe 1 über die
Leitungen 1.1 und 1.2 bereitgestellt. In den folgenden Figuren
2 bis 6 ist in Diagrammen der Druckverlauf p auf der y-Achse
und der Zykluszeit t auf der x-Achse für eine unterschiedliche
Anzahl von parallel
geschalteten Verbrauchern die mit a, b, c, d, e und f bezeichnet
sind, für eine Be- oder Verarbeitungsmaschine mit
unterschiedlichen Leistungsparametern dargestellt. Bei der
Erläuterung dieser Figuren wird jeweils Bezug auf die in Figur
1 dargestellte Schaltungsanordnung mit den drei parallel
geschalteten Verbrauchern 12, 13 und 15 genommen, die sinngemäß
dür die Verbraucher a, b, c, d, e und f in den Figuren
2 bis 6 Gültigkeit hat.Deciding how many consumers with which parameters
may be operated, is in the software of the
Injection molding machine solved. Do not succeed at the same time
Machine functions, the software decides on the
Adjustment of what actually occurs when plasticizing
Hydraulic pressure on the pressure sensor 5, which pressure level
the proportional
Aus Figur 3 ist in analoger Weise für sechs Verbraucher a,
b, c, d, e und f der Druckverlauf während eines Zyklusses
ersichtlich. Der Verbraucher d ist der Verbaucher, der einen
Großteil der Zykluszeit für sich beansprucht. Aus der unterschiedlichen
Flächendarstellung der einzelnen Verbraucher,
die sich in bestimmten Zeitbereichen überlappen, ist erkennbar,
welche Verbraucher zu welcher zeit des Zyklusses parallel
betrieben werden. Auf der Zeitachse t ist die Leistungsaufnahme
des Verbrauchers d durch den Zeitabschnitt t 1 bis
t 2 gekennzeichnet. Für den Verbraucher d, der eine
besondere verfahrenstechnische Priorität besitzt, erfolgt
erfindungsgemäß eine gesonderte Regelung mit Hilfe des
Druckaufnehmers 5. Dabei wid durch die Eingabe- und Recheneinheit
16 eine ständige Anpassung des aktuellen Druckwertes
vorgenommen. Die Druckregelung erfolgt immer dann, wenn die
Eingabewerte der anderen parallel betriebenen Verbraucher c
und e niedriger sind als der aktuelle Druckwert ist. Im
Diagramm ist der geregelte Druckwert p reg als Kurve im
Zeitabschnitt von t 1 und t 2 erkennbar, die unterhalb des
als Gerade dargestellten Solldruckes p soll verläuft. Diese
Variante bietet den Vorteil, daß über Zeitabschnitte des
Gesamtzyklusses eine Energieeinsparung durch den angepaßten
Regeldruck p reg möglich ist.3 shows in an analogous manner for six consumers a,
b, c, d, e and f the pressure curve during a cycle
evident. The consumer d is the consumer, the one
Much of the cycle time is claimed for itself. From the different
Area representation of the individual consumers,
which overlap in certain time periods can be seen
which consumers at what time of the cycle in parallel
operate. The power consumption is on the time axis t
of the consumer d through the
In Figur 5 ist eine Ausführungsvariante
mit drei Verbrauchern für eine verfahrenstechnische Steuerung
und Regelung veranschaulicht, bei der die Vorgabe des
Solldruckwertes p soll nach einer Entscheidungstabelle erfolgt.
Dazu wird von der ersten Ansteuerelektronik 4.1 aus
den Eingabewerten der Eingabe- und Recheneinheit 16 und/
oder den Druckistwerten mindestens eines Druckaufnehmers 5
eine Entscheidung getroffen. Die Entscheidung wird in Abhängigkeit
von der Priorität der momentanen Funktion nach einer
vorgegebenen Entscheidungstabelle gefällt. Dadurch ist es
möglich, daß der Pumpendruck p über das Proportionaldruckbegrenzungsventil
3 und die Druckregeleinheit 2 vorgebbar ist.
Diese Anpassung ermöglicht eine verbesserte ökonomische Betriebsweise
gegenüber den bisher beschriebenen Varianten.
Aus Figuar 6 ist eine Steuerungs- und Regelungsvariante der
Erfindung entnehmbar, die aus technischer Sicht den höchsten
Komfort aufweist. Am Beispiel von vier parallel geschalteten
unterschiedlichen hydraulischen Verbrauchern a b, c und d
ist ein sich zyklisch wiederholender verfahrenstechnischer
Funktionsablauf in einer Werkzeug- oder Verarbeitungsmaschine
in zwei Arbeitszyklen dargestellt. Aus der graphischen
Darstellung ist der unterschiedliche Leistunsbedarf der einzelnen
Verbraucher a, b, c und d und der zeitweilige parallele
Betrieb der Verbraucher a und b sowie c und d
ersichtlich. In jedem ersten Zyklus, der in Figur 6 im linken
Bild dargestellt ist, wird der maximale Betriebsdruck p
max als Pumpendruck vorgegeben. Der tatsächliche Druckverlauf
wird dann über vorzugebende Druck- und Zeitzugaben als
Hüllkurve durch die Eingabe- und Recheneinheit 16 ermittelt.
Im nächstfolgenden Zyklus, der rechts in Figur 6 dargestellt
ist, wird aufgrund der Ähnlichkeit der sich wiederholenden
Be- oder Verarbeitungsprozesse nach der ermittelten Hüllkurve
der Pumpendruck gesteuert. Dabei findet zum vorhergehenden
Zyklus ein Soll/Istvergleich statt, durch den eine
Korrektur der Hüllkurve vorgenommen wird. Das ist ein ständig
sich selbstoptimierender Prozeß für jeden sich wiederholenden
Zyklus. Die in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen
sind zwei Möglichkeiten für einen energieökonomisch
gleichwertigen Verfahrensablauf. Auf der Grundlage
der verfahrenstechnisch erläuterten Ausführungsvarianten der
Erfindung ist erkennbar, daß es möglich ist, ohne die Verwendung
von zusätzlicher Ventiltechnik, z. B. angeordnet in
einem Ventilblock (Pumpenblock), die von der druckgeregelten
hydraulischen Verstellpumpe erzeugte Antriebsleistung auf
einem sich ständig veränderndem Durckniveau bereitszustellen,
wodurch eine erhebliche Verbesserung des energetischen
Wirkungsgrades erreicht wird. 5 shows an embodiment variant
with three consumers for process control
and regulation illustrates, in which the specification of the
The target pressure value p should be based on a decision table.
For this purpose, the first control electronics 4.1
the input values of the input and
- 1 -1 -
- VerstellpumpeVariable pump
- 1.1 -1.1 -
- FörderleitungConveyor line
- 1.2 -1.2 -
- LeitungszweigLine branch
- 1.3 -1.3 -
- LeitungszweigLine branch
- 2 -2 -
- DruckregeleinheitPressure control unit
- 3 -3 -
- ProportionaldruckbegrenzungsventilProportional pressure relief valve
- 4.1 -4.1 -
- erste Ansteuerelektronik für Verstellpumpefirst control electronics for variable pump
- 4.2 -4.2 -
- zweite Ansteuerelektronik für die Verbrauchersecond control electronics for the consumer
- 5 -5 -
- DruckaufnehmerPressure transducer
- 6 -6 -
- TachogeneratorTachometer generator
- 7 -7 -
- dritte Ansteuerelektronik für Proportionaldrosselventilthird control electronics for proportional throttle valve
- 8 -8th -
- ProportionaldrosselventilProportional throttle valve
- 9 -9 -
- VentiltechnikValve technology
- 10 -10 -
- VentiltechnikValve technology
- 11 - 12 -11 - 12 -
- Verbraucher SchließeinheitConsumer clamping unit
- 13 -13 -
- Verbraucher SpritzeinheitConsumer injection unit
- 14 -14 -
- AnlagensicherheitsventilPlant safety valve
- 15 -15 -
- Verbraucher PlastizierantriebConsumer plasticizing drive
- 16 -16 -
- Eingabe- und RecheneinheitInput and arithmetic unit
- p -p -
- Förderdruck in barDelivery pressure in bar
- p max -p max -
- maximaler Anlagendruckmaximum system pressure
- p Diff-p diff
- DifferenzdruckDifferential pressure
- p soll-p should
- vorgewählter Druck der Eingabeeinheitpreselected pressure of the input unit
- p Ent.-p Ent.-
- vorgewählter Druck nach Entscheidungstabellepreselected pressure according to decision table
- p reg.-p reg.
- geregelter Druckregulated pressure
- t -t -
- Zeitachse Timeline
- a -a -
- Verbraucherconsumer
- b -b -
- Verbraucherconsumer
- c -c -
- Verbraucherconsumer
- d -d -
- Verbraucherconsumer
- e -e -
- Verbraucherconsumer
- f -f -
- Verbraucherconsumer
Claims (7)
- Method for controlling and regulating a pressure flow generator (1), for example an adjusting pump, for several hydraulic users (12, 12, 15) in tool and processing machines with cyclic repetitive working processes, said hydraulic users being connected in parallel and operating in a timed overlapping manner and being provided with pressure medium from the pressure generator (1) with the pressure values for the users (12, 13, 15), and the corresponding desired pressure values for the pressure flow generator (1) being set by an input and computing unit (16), characterized in that the input and computing unit (16) calculates an envelope for the entire working cycle upon the input of the pressure values and the on and off switching times of the individual users (12, 13, 15), said envelope defining the time responsive pressure characteristic (Psoll) which is to be generated by the pressure flow generator (1) so that the pressure flow generator (1) maintains at each moment the precise pressure requirement which results from the number and the respective power requests of the users (12, 13, 15) which are operating (Figure 5).
- Method according to claim 1 wherein the pressure flow is controlled from the pressure values derived from a pressure sensor (5) for a selected process-type user (15) with average high power request whereas the pressure requirement for the other users (12, 13) is controlled by said envelope, characterized in that a continuous adaptation is made of the actual pressure value of the selected user (15) to the input value of the input and computing unit (16) via controlling a proportional throttle valve (18) and that this pressure control is always happening when the predetermined pressure values of the other parallel operating users (12, 13) are lower than the actual pressure value of the selected user (15) (Figure 3).
- Method according to claim 2,
characterized in that the control of the selected user (15) is made outside of the envelope. - Method according to claim 1 or 3 with a cyclically repeating process-type operation in the tool or processing machine
characterized in that for each first cycle the maximum operating pressure is set as pump pressure for the pressure flow generator (1) and that the actual pressure curve over predetermined pressure and time requests is derived as envelope by the input and computing unit and that the pump pressure is controlled for the subsequent cycles by this envelope because of the similarity of the processes. - Apparatus for controlling and regulating a pressure flow generator (1), for example an adjusting pump, for several hydraulic users (12, 12, 15) in tool and processing machines with cyclic repetitive working processes, said hydraulic users being connected in parallel and operating in a timed overlapping manner and being provided with pressure medium from the pressure generator (1), with an input and computing unit (16) which sets the pressure values for the users (12, 13, 15) and the corresponding desired pressure values for the pressure flow generator (1),
characterized in that the input and computing unit (16) is connected on the one hand to a first control circuit (4.1) which controls the pressure of the pressure flow generator (1) and on the other hand with at least a second control circuit (4.2, 7) which controls the users (12, 13, 15) with the input and computing unit (16) calculating an envelope for the entire operating cycle upon the input of the pressure values and the on and off switching points of the individual users, said envelope defining the pressure curve over the time which is to be generated by the pressure flow generator (1) so that the pressure flow generator (1) at each time supplies the precise pressure requirement which results from the number of users (12, 13, 15) which are operating and upon their respective power requests. - Apparatus according to claim 5,
characterized in that the pressure flow generator is an adjusting pump (1) with a proportional pressure regulating valve (13) being associated to its pressure control means (2), said valve being adjusted by the first control circuit (4.1). - Apparatus according to claim 5 or 6,
characterized in that a pressure receiver (5) is associated to each selected user (15) having a high power requirement, said receiver being connected on the one hand to the input and computing unit (16) and on the other hand to the third control circuit (7) and to a speed generator (6) via a proportional throttle valve (8) and with the actual pressure values of the user being constantly adapted to the input values of the input and computing unit (16) so that for this user (15) pressure control is possible which deviates from the envelope if the pressure values of the other parallel operating users (12, 13) is lower than the pressure value measured by the pressure sensor (5).
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