注塑機伺服泵多回路控制技術(shù)的研究

魏建鴻

（泰瑞機器制造（中國）有限公司，浙江 杭州310018）

0 前言

在當(dāng)前國家倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，伺服泵在注塑機行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，大部分注塑機制造商都推出了自己的伺服泵機型，但多以單泵或雙泵的應(yīng)用為主，而三泵或三泵以上的中、大型注塑機的應(yīng)用比較少，而多回路的應(yīng)用就更少了。

伺服泵由于受到油泵排量、驅(qū)動器功率和電機扭矩的限制，單泵系統(tǒng)的流量不能做到很大，所以，對于中、大型的注塑機必須使用多泵合流的方式作為機器動力源，為實現(xiàn)穩(wěn)定的壓力和流量控制，多泵合流時只能有一個主泵做閉環(huán)控制，其他泵作為從泵跟著主泵轉(zhuǎn)動，如此就相當(dāng)于一個大泵在工作，其排量為所有泵的排量之和，這種控制方式叫做主從控制。

一般的注塑機液壓系統(tǒng)為單回路液壓系統(tǒng)，也就是同一時間只能控制一組液壓回路的壓力和流量。為節(jié)省時間，提高生產(chǎn)效率，有的注塑機會設(shè)計成多回路液壓系統(tǒng)，在同一時間可以控制多組液壓回路的壓力和流量，這樣就可以使注塑機的多個動作同時進(jìn)行，從而節(jié)省時間。注塑機上最常用的聯(lián)動方式有開模與脫模雙聯(lián)動、開模和儲料雙聯(lián)動以及開模與脫模、儲料三聯(lián)動等，聯(lián)動動作越多，液壓回路就越復(fù)雜。某個回路里的伺服泵，在合流時作為從泵，一旦有聯(lián)動功能時又要分流作主泵的方式，叫做主從切換控制［1-2］。

本文以德國博世力士樂公司的SVP伺服泵為實例，介紹開模與脫模雙聯(lián)動的多回路控制技術(shù)，并提出改進(jìn)方案。

1 控制原理分析

1.1 改進(jìn)前方案

改進(jìn)前的雙聯(lián)動液壓系統(tǒng)主要由以下部分組成：伺服電機M1和M2、油泵P1和P2、溢流閥V1和V2、壓力傳感器SP1和SP2、電磁換向閥V3以及單向閥V4，如圖1所示［4］。其中，伺服電機 M1、油泵P1、溢流閥V1和壓力傳感器SP1組成開模回路，伺服電機M2、油泵P2、溢流閥V2和壓力傳感器SP2組成脫?；芈?，電磁換向閥V3和單向閥V4連接開?；芈泛兔撃；芈贰Ｋ欧姍C驅(qū)動油泵轉(zhuǎn)動，油泵為液壓系統(tǒng)提供動力，輸出壓力油；溢流閥V1和V2是液壓系統(tǒng)的安全閥，限制系統(tǒng)的最高壓力，起到安全保護(hù)的作用；壓力傳感器SP1和SP2檢測液壓系統(tǒng)的實際壓力并輸出電信號；電磁換向閥V3作為P2的主、從切換閥，當(dāng)電磁鐵YA33處于失電狀態(tài)時，電磁換向閥V3的P腔通A腔，使P2的壓力油經(jīng)P腔到A腔，再通過單向閥V3接通開?；芈?，由于單向閥V3有單向截流的作用，所以P2只能單向轉(zhuǎn)動提供壓力油，不能反轉(zhuǎn)參與開模回路的泄壓動作，同時，電磁換向閥的T腔通B腔，使脫模回路接通油箱，脫?；芈沸箟?，此時脫?；芈凡荒茏鋈魏蝿幼?。當(dāng)電磁鐵YA33處于得電狀態(tài)時，電磁換向閥V3的P腔通B腔，使P2與脫?；芈吠ǎ珹腔通T腔，使單向閥V4處于截止?fàn)顟B(tài)，從而使P1與P2分離實現(xiàn)聯(lián)動動作。

圖1 改進(jìn)前雙聯(lián)動液壓原理圖Fig.1 Double motion hydraulic drawing before mend

改進(jìn)前的雙聯(lián)動電氣系統(tǒng)主要由以下部分組成：開模主泵驅(qū)動器U1、脫模主泵或開模從泵驅(qū)動器U2、開模壓力傳感器SP1、脫模壓力傳感器SP2、單刀雙頭繼電器KA1以及注塑機控制器 U3，如圖2所示［4］。注塑機控制器把壓力和流量的模擬通道用硬件回路直接連接到開模主泵驅(qū)動器U1上，使用0～10V的模擬信號給開模主泵發(fā)指令。開模壓力傳感器SP1的信號直接連接到開模主泵驅(qū)動器U1上。開模主泵的實際流量信號和10V電壓經(jīng)過繼電器KA1的常閉端連到驅(qū)動器U2，同時從注塑機控制器來的壓力和流量信號連到常開端。脫模壓力傳感器SP2的信號通過KA 1的常開觸點連到驅(qū)動器U2上。當(dāng)KA1線圈處于失電狀態(tài)時，開模主泵驅(qū)動器U1的實際流量信號和10V電壓通過KA1常閉回路送到驅(qū)動器U2上，同時KA1切斷了脫模壓力傳感器SP2與驅(qū)動器U2間的信號，此時驅(qū)動器U2作為開模從泵的驅(qū)動器。

圖2 改進(jìn)前雙聯(lián)動電氣原理圖Fig.2 Double motion electric drawing before mend

通過以上分析總結(jié)如下：（1）開?；芈返膲毫τ筒荒芮袚Q到脫?；芈分?，而且脫模回路要工作，電磁鐵YA33必須得電，這不是常規(guī)動作，需要修改注塑機控制器的程序；（2）P2作為開模的從泵時不能參與反轉(zhuǎn)泄壓動作，如此會造成主泵的泄壓時間過長，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)壓力響應(yīng)變慢；（3）需要使用單刀雙頭繼電器做主、從切換，使線路復(fù)雜化；（4）P2作為開模從泵時必須切斷脫模壓力傳感器的信號以及在壓力指令回路上加上10V電壓，用以避免開模從泵進(jìn)入壓力閉環(huán)控制模式，以干擾主泵壓力閉環(huán)控制［5］。

1.2 改進(jìn)后方案

改進(jìn)后的雙聯(lián)動液壓系統(tǒng)主要由以下部分組成：伺服電機M1和M2、油泵P1和P2、溢流閥V1和V2、壓力傳感器SP1和SP2、電磁換向閥V3并通過外部回路連同P腔和B腔及T腔和A腔，取消了單向閥V4，如圖3所示。其中，伺服電機M1、油泵P1、溢流閥V1和壓力傳感器SP1組成開模回路，伺服電機M2、油泵P2、溢流閥V2和壓力傳感器SP2組成脫模回路，電磁換向閥V3連接開?；芈泛兔撃；芈?。伺服電機驅(qū)動油泵轉(zhuǎn)動，油泵為液壓系統(tǒng)提供動力，輸出壓力油；溢流閥V1和V2是液壓系統(tǒng)的安全閥，限制系統(tǒng)的最高壓力，起到安全保護(hù)的作用；壓力傳感器SP1和SP2檢測液壓系統(tǒng)的實際壓力并輸出電信號；電磁換向閥V3作為P2的主、從切換閥，當(dāng)電磁鐵YA33處于失電狀態(tài)時，電磁換向閥V3的P腔通A腔和B腔、T腔通A腔和B腔，此時P1與脫模回路連通，同時P2與脫?；芈愤B通并且與P1連通，即P1和P2可以同時供開?；芈泛兔撃；芈?，此狀態(tài)相當(dāng)于無聯(lián)動功能的注塑機。當(dāng)電磁鐵YA33處于得電狀態(tài)時，電磁換向閥V3的P腔通B腔，使P2與脫模回路通，A腔通T腔，T腔通過外部回路又通A腔，使A腔處于封閉狀態(tài)，從而使P1與P2分流實現(xiàn)聯(lián)動動作。

圖3 改進(jìn)后雙聯(lián)動液壓原理圖Fig.3 Double motion hydraulic drawing after mend

改進(jìn)后的雙聯(lián)動電氣系統(tǒng)主要由以下部分組成：開模主泵驅(qū)動器U1、脫模主泵或開模從泵驅(qū)動器U2、開模壓力傳感器SP1、脫模壓力傳感器SP2和注塑機控制器U3，取消了單刀雙頭切換繼電器KA1，在驅(qū)動器U2上增加了主、從切換開關(guān)，如圖4所示［3］。注塑機控制器把壓力和流量的模擬通道用硬件回路直接連接到開模主泵驅(qū)動器U1上，使用0～10V的模擬信號給開模主泵發(fā)指令。開模壓力傳感器SP1的信號直接連接到開模主泵驅(qū)動器U1上。開模主泵的實際流量信號直接連到注塑機控制器上，脫模回路的壓力和流量指令信號直接連接到驅(qū)動器U2上，脫模壓力傳感器SP2的信號直接連接到驅(qū)動器U2上，當(dāng)“主、從切換”輸入端接收到24V信號時，驅(qū)動器U2作為開模從泵的驅(qū)動器，注塑機控制器把開模主泵的實際流量信號發(fā)送給從泵驅(qū)動器，使從泵以相同的速度運行，當(dāng)“主、從切換”輸入端沒有信號時，驅(qū)動器U2作為脫模主泵的驅(qū)動器［7］。

通過以上分析總結(jié)如下：（1）當(dāng)電磁鐵YA33處于失電狀態(tài)時，P1與P2同時轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于有2個泵的沒有聯(lián)動功能的注塑機，所有動作均可以由雙泵來提供動力，當(dāng)電磁鐵YA33處于得電狀態(tài)時，P1與P2分流，開模回路和脫?；芈房梢元毩⒖刂茐毫土髁?，從而可以實現(xiàn)雙聯(lián)動；（2）P2作為開模的從泵時參與反轉(zhuǎn)泄壓動作；（3）不需要繼電回路，線路簡單；（4）P2作為開模的從泵時處于速度模式，不用擔(dān)心是否會進(jìn)入壓力閉環(huán)控制模式［8-9］。

2 實驗部分

2.1 主要設(shè)備及儀器

注塑機，TRX500Lsv，泰瑞機器制造（中國）有限公司；

調(diào)試軟件，IndraWorks Ds 11V06，德國博世力士樂公司［6］。

2.2 實驗方法

首先對這臺機器進(jìn)行測試，包括控制器單個動作的I／O信號、降壓控制性能等，然后按照新方案改裝這臺機器并測試，比較改裝前后的差異。

圖4 改進(jìn)后雙聯(lián)動電氣原理圖Fig.4 Double motion electric drawing after mend

3 結(jié)果與討論

記錄實驗所得結(jié)果如表1所示。

表1 改裝前后的差異比較Tab.1 Difference before and after mend

從表2可以看出，常規(guī)機型只輸出了一組壓力和流量信號，那么P2是如何工作的呢？事實上，本文把P1的實際流量信號直接連到P2上，而壓力指令信號直接接上10V電壓。

表2 常規(guī)機型控制器I／O信號Tab.2 Controller I／O signal for general machine

從表3可以看出，當(dāng)沒有選用聯(lián)動功能時，開模動作有P1和P2工作，P2通過外部繼電器切換信號工作，而脫模進(jìn)和脫模退動作只有P2工作，且動作期間，電磁鐵YA33要工作。從表3可以看出，當(dāng)選用聯(lián)動功能時，開模動作只有P1工作，而脫模進(jìn)和脫模退動作只有P2工作，且動作期間，電磁鐵YA33要工作。

從表4可以看出，當(dāng)沒有選用聯(lián)動功能時，開模動作、脫模進(jìn)和脫模退動作均有P1和P2工作，P2由控制器的輸出信號直接控制，并且脫模進(jìn)和脫模退動作期間，電磁鐵YA33不需要工作。從表4可以看出，當(dāng)選用聯(lián)動功能時，開模動作只有P1工作，而脫模進(jìn)和脫模退動作只有P2工作，且動作期間電磁鐵YA33要工作。

表3 改裝前控制器I／O信號Tab.3 Controller I／O signal before mend

表4 改裝后控制器I／O信號Tab.4 Controller I／O signal after mend

4 結(jié)論

（1）當(dāng)不使用聯(lián)動功能時，使用改進(jìn)后方案的注塑機相當(dāng)于一臺沒有聯(lián)動功能的常規(guī)機器，脫?；芈房梢杂呻p泵同時供油，而改進(jìn)前的方案只能一個泵供油，機器運動速度較慢，這對于生產(chǎn)某些不適合使用聯(lián)動功能的產(chǎn)品時非常重要；

（2）改進(jìn)后的方案增加了主、從切換信號，代替了改進(jìn)前的切換繼電器，不但簡化了電氣線路，而且使壓力控制更加可靠、穩(wěn)定；當(dāng)切換輸入端沒有24V信號時，伺服泵運行在壓力控制模式，作主泵運行，當(dāng)切換輸入端有24V信號時，伺服泵運行在速度控制模式，作從泵運行，消除了主泵和從泵在壓力控制上存在相互干擾的隱患；

（3）改進(jìn)后的方案使用了電磁換向閥的雙通道通油，通油能力明顯提高，選型時可以降低電磁換向閥的通徑，從而降低成本；

（4）改進(jìn)后的方案從泵可以參與反轉(zhuǎn)泄壓動作，避免了改進(jìn)前的升壓有2個泵而降壓卻只有一個泵的狀況，縮短了降壓控制時間，提高了V／P轉(zhuǎn)換性能。

［1］宋春華，李發(fā)蓉，鄧 斌，等.注塑機驅(qū)動系統(tǒng)節(jié)能研究［J］.塑料，2008，37（6）：88-90.Song Chunhua，Li Farong，Deng Bin，et al.Energy-saving Research on Drive System of Plastic Injection Molding Machine［J］.Plastics，2008，37（6）：88-90.

［2］牛治剛，屈福政，王 欣，等.多機構(gòu)復(fù)合動作閉式回路液壓系統(tǒng)設(shè)計［J］.液壓與氣動，2002，（6）：11-12.Niu Zhigang，Qu Fuzheng，Wang Xin，et al.Closed-circuit Hydraulic System Design for Multi-mechanism Compound Action［J］.Chinese Hydraulics ＆Pneumatics，2002，（6）：11-12.

［3］博世力士樂集團(tuán).博世力士樂伺服泵SvP安裝手冊［Z］.上海：博世力士樂集團(tuán)，2012.

［4］博世力士樂集團(tuán).博世力士樂伺服泵SvP安裝手冊［Z］.上海：博世力士樂集團(tuán)，2009.

［5］博世力士樂集團(tuán).力士樂伺服驅(qū)動系統(tǒng)項目計劃手冊［Z］.上海：博世力士樂集團(tuán)，2007.

［6］博世力士樂集團(tuán).Svp伺服泵參數(shù)設(shè)定手冊［Z］.上海：博世力士樂集團(tuán)，2012.

［7］鐘漢如.注塑機控制系統(tǒng)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：87-91.

［8］董偉亮.液壓設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005：1663-1682.

［9］李福義.液壓技術(shù)與伺服系統(tǒng)［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1992：220-230.