專利名稱：一種泵電機控制方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于泵電機控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地講是一種泵電機控制方法和裝置。
背景技術(shù)：
注塑機，即塑料注射成型機，是重要的工業(yè)機械。它的功能是將塑料顆粒熔融后， 注射入模具，經(jīng)過保壓、冷卻、脫出，獲得所需的制品。由于我國注塑機行業(yè)的自身特點，以及制造成本等因素的限制，目前定量泵液壓式注塑機仍占據(jù)較大份額，并且定量泵液壓式注塑機在制品的光潔度、致密度等方面的固有優(yōu)勢，以及技術(shù)成熟度、制造簡易性等方面仍有優(yōu)勢，因此其產(chǎn)量仍然較大。但該機型的一個弊端是耗電量大，用戶的使用成本高。對于定量泵液壓式注塑機，其基本的工作原理是由電動機帶動油泵供油，經(jīng)比例壓力閥和比例流量閥對油壓和流量進行限制，再用液壓油驅(qū)動各個油馬達，從而完成各個部件的規(guī)定動作。相應(yīng)的部件包括射臺、開合模、注射、調(diào)模、托模、抽插芯、絞牙、加料等。由計算機編程，對整個工作過程進行順序控制。針對注塑機的能耗狀況，現(xiàn)有技術(shù)中具有多種節(jié)能方案變頻器+比例信號采集，這種方案的主要原理是根據(jù)比例壓力和比例流量信號， 得出電機的轉(zhuǎn)速，并用變頻器控制，輸出該轉(zhuǎn)速，使定量泵輸出可變的揚程。計算的方法有 2種(1)取壓力和流量信號的加權(quán)平均；( 取壓力和流量信號的較大者。這種方案的優(yōu)點是輸出平滑，噪音小。缺點是油泵輸出不是偏大就是偏小。若偏大，則節(jié)能效果差；若偏小，則質(zhì)量和產(chǎn)量都下降，其原因在于，不能使油泵的輸出真正貼合實際的需求。其根本的原因是缺乏對實際需求的準確計算，采用的是粗估的方法，容易造成制件品質(zhì)下降、產(chǎn)量下降的后果。變頻器+比例信號采集+控制信號采集，這種方法主要是為了彌補以上方案的不足，即在不能準確計算需用轉(zhuǎn)速的情況下，再引入注塑機計算機的控制信號，判斷當前究竟屬于哪個步驟，再根據(jù)當前的步驟來決定是否降低速度。例如，為保證品質(zhì)，則保壓段不降低速度；為了保證產(chǎn)量，則注射段不降低速度等。優(yōu)點是控制更為合理。缺點是(1)接線相當繁瑣，并且對于不同型號、不同年限的注塑機沒有相同的接線方法，特別是對于老舊的注塑機，現(xiàn)場操作很難；(2)需要使用可編程邏輯控制器(PLC)，成本上升；(3)由于過于復(fù)雜，故障點多、可靠性差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是基于上述問題而提出，其目的在于提供一種泵電機控制方法和裝置， 用于解決現(xiàn)有技術(shù)中電機耗能高，溫度高的問題。本發(fā)明的實施例為了解決上述技術(shù)問題，提供了一種泵電機控制方法，包括，采集所述泵的比例壓力閥參數(shù)β和比例流量閥參數(shù)λ，并獲取比例壓力閥的最大設(shè)計壓力與泵最大壓頭之比k1;比例流量閥的最大設(shè)計動壓與泵工頻無節(jié)流時最大動壓之比1 ，所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速Q(mào)ci ；將上述參數(shù)利用公式《=7^7^%計算并獲得所述油泵電機的實時轉(zhuǎn)速ω ；利用所述泵電機實時轉(zhuǎn)速的電信號驅(qū)動電機進行工作。根據(jù)本發(fā)明所述方法實施例的一個進一步的方面，所述比例壓力閥參數(shù)β e [ο, 1A]的直流電信號，所述比例流量閥參數(shù)λ e [Ο,ΙΑ]的直流電信號。根據(jù)本發(fā)明所述方法實施例的再一個進一步的方面，如果所述ki和1 相近似，則令& = k2 = k，存儲該參數(shù)k，如果所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速COci固定則存儲所述COci，在
計算所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速時，利用公式ω 二 ^05 + 0%計算所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速。根據(jù)本發(fā)明所述方法實施例的另一個進一步的方面，計算并獲得所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速ω后還包括，對所述泵電機實時轉(zhuǎn)速進行修正，在泵電機實時轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上加上一個預(yù)定值。根據(jù)本發(fā)明所述方法實施例的另一個進一步的方面，還包括驅(qū)動所述泵電機保持一預(yù)定的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明實施例為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，還提供了一種泵電機控制裝置，包括， 采集單元，用于采集所述泵的比例壓力閥參數(shù)β和比例流量閥參數(shù)λ ；測試單元，用于獲取比例壓力閥的最大設(shè)計壓力與泵最大壓頭之比k1;比例流量閥的最大設(shè)計動壓與泵工頻無節(jié)流時最大動壓之比k2，所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速Oci ；計算單元，用于將上述采集單元和測試單元獲取的參數(shù)利用公式0 = 7^7 ;。計算并獲得所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速 ω ；所述驅(qū)動單元，用于根據(jù)所述計算單元輸出的所述泵電機實時轉(zhuǎn)速的電信號驅(qū)動電機進行工作。根據(jù)本發(fā)明所述裝置實施例的一個進一步的方面，還包括存儲器，用于如果所述Ic1和1 相近似，則令I(lǐng)c1 = k2 = k，存儲該參數(shù)k，如果所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速Q(mào)ci固定則存儲所述Coci，使得所述計算單元計算所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速時，利用公式 ω = + 計算所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速。根據(jù)本發(fā)明所述裝置實施例的再一個進一步的方面，還包括修正單元，用于對所述泵電機實時轉(zhuǎn)速進行修正。根據(jù)本發(fā)明所述裝置實施例的另一個進一步的方面，所述驅(qū)動單元還用于驅(qū)動所述泵電機保持一預(yù)定的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明實施例的有益效果在于，降低了泵電機(特別是注塑機油泵電機)的電能消耗，并且不需要引入新的技術(shù)問題(例如不需要監(jiān)控當前處于哪個生產(chǎn)過程以匹配不同的電機轉(zhuǎn)速)，邏輯資源消耗小，并且不需要改變現(xiàn)有注塑機的設(shè)置，實現(xiàn)簡單，還可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中圖1所示的是本發(fā)明實施例泵電機控制方法的流程圖；圖2所示為本發(fā)明實施例一種泵電機控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示本發(fā)明實施例中注塑機應(yīng)用本發(fā)明裝置和相應(yīng)方法進行節(jié)能控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā)明做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。注塑機的電能消耗主要包括1、液壓系統(tǒng)油泵的電能消耗；2、加熱器的電能消耗；3、循環(huán)冷卻水泵的電能消耗。其中液壓油泵電機的用電量占整個注塑機用電量的80% 以上，所以降低其耗電量是注塑機節(jié)能的關(guān)鍵。注塑機液壓系統(tǒng)在工作中產(chǎn)生的能源浪費主要包括溢流損失。注塑機在加工時，不斷地重復(fù)規(guī)定的動作流程。但在流程中的每個步驟，所需的壓力和流量是不相同的，例如注射段所需的壓力和流量都較大，而冷卻段所需的壓力和流量都很小。但注塑機采用定量泵時，油泵始終在以工頻(最快速度)工作，泵出最大數(shù)量的油。 由于各步驟需要的油有限，多余的油則通過比例壓力閥溢流回到油缸，在這個過程中，產(chǎn)生大量毫無用處的熱能，因此耗電量大，油溫高，其中溢流損失占能源浪費的比重較大。圖1所示的是本發(fā)明實施例泵電機控制方法的流程圖。包括步驟101，采集泵的比例壓力閥參數(shù)β和比例流量閥參數(shù)λ，并獲取比例壓力閥的最大設(shè)計壓力與泵最大壓頭之比k1;比例流量閥的最大設(shè)計動壓與泵工頻無節(jié)流時最大動壓之比1 ，所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速ω—其中，所述泵可以包括注塑機中的油泵。步驟102，將上述參數(shù)利用公式ω = ^iKP + ^M2M1計算，獲得所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速ω ο步驟103，利用所述泵電機實時轉(zhuǎn)速的電信號驅(qū)動電機進行工作。在上述步驟101中，所述比例壓力閥參數(shù)β e
的直流電信號，所述比例流量閥參數(shù)λ e [Ο,ΙΑ]的直流電信號。其中，β和λ也可能超出
的范圍，可以截掉超出部分，使其為0或者1，以便于控制的需要。在上述步驟101中，如果所述Ii1和k2相近似，則令k! = k2 = k，存儲該參數(shù)k，如果所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速Q(mào)ci固定，例如為50Hz，則存儲所述Oci，在計算所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速時，利用公式cu = 7 ^ ^計算所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速。在上述步驟103中還包括，將所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速電信號放大為0至IOV的電信號輸入到變頻器中，變頻器驅(qū)動所述電機進行工作，使得所述泵不輸出多余的揚程。作為本發(fā)明的一個進一步的實施例，在所述步驟102計算并獲得所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速ω后還包括，對所述泵電機實時轉(zhuǎn)速進行修正，在泵電機實時轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上加上一個預(yù)定值。由于在真實的應(yīng)用過程中采集的數(shù)據(jù)可能存在一定誤差，因此增加修正過程可以使得泵輸出的揚程盡可能的滿足要求，不影響質(zhì)量和產(chǎn)量。作為本發(fā)明的一個進一步的實施例，還包括對所述泵電機保持一預(yù)定的轉(zhuǎn)速，這是因為油泵從靜止開始運行需要較長時間加速，因此采取一定的怠速，減小響應(yīng)時間，并且減少對油泵的沖擊。通過本發(fā)明上述方法可以更加精確的控制電機的轉(zhuǎn)速從而實現(xiàn)泵的輸出揚程基本上都能夠得到有效利用，特別針對于油泵減少了電機不必要的耗能，節(jié)約了能源。如圖2所示為本發(fā)明實施例一種泵電機控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。包括，采集單元201，測試單元202，計算單元203，驅(qū)動單元204。所述采集單元201，用于采集所述泵的比例壓力閥參數(shù)β和比例流量閥參數(shù)λ。所述測試單元202，用于獲取比例壓力閥的最大設(shè)計壓力與泵最大壓頭之比k1;比例流量閥的最大設(shè)計動壓與泵工頻無節(jié)流時最大動壓之比1 ，所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速 ω0Ο其中，所述泵包括注塑機中的油泵。 所述計算單元203，用于將上述采集單元201和測試單元202獲取的參數(shù)利用公式 =計算，獲得所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速ω。所述驅(qū)動單元204，用于根據(jù)所述計算單元203輸出的所述泵電機實時轉(zhuǎn)速的電信號驅(qū)動電機進行工作。作為本發(fā)明的一個進一步的實施例，還包括存儲器205，用于如果所述Ic1和1 相近似，則令& = k2 = k，存儲該參數(shù)k，如果所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速Coci固定則存儲所
述ω ^，使得所述計算單元203計算所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速時，利用公式ω 二 y/^β + λ2)ω0τ\-
算所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速。作為本發(fā)明的一個進一步的實施例，所述驅(qū)動單元204包括變頻器等設(shè)備。作為本發(fā)明的一個進一步的實施例，還包括修正單元206，與所述驅(qū)動單元204相連接，用于對所述泵電機實時轉(zhuǎn)速進行修正，在泵電機實時轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上加上一個預(yù)定值。作為本發(fā)明的一個進一步的實施例，所述驅(qū)動單元204還用于驅(qū)動所述泵電機保持一預(yù)定的轉(zhuǎn)速。通過上述實施例，精確地計算了電機實時需用的轉(zhuǎn)速，使得油泵輸出的揚程能夠得到完全的利用，達到節(jié)能的效果，并且通過上述裝置不需要引入新的技術(shù)問題，改造成本不高，并且對注塑機生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和效率都沒有任何負面影響。如圖3所示本發(fā)明實施例中注塑機應(yīng)用本發(fā)明裝置和相應(yīng)方法進行節(jié)能控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。包括控制裝置301，電機302，油泵303，比例壓力閥304，比例流量閥305。所述控制裝置301如上述圖2所示，在此不再贅述，該控制裝置采集比例壓力閥 304的參數(shù)β和比例流量閥305的參數(shù)λ，并且還獲取比例壓力閥304的最大設(shè)計壓力與油泵303最大壓頭之比k1;比例流量閥305的最大設(shè)計動壓與油泵303工頻無節(jié)流時最大動壓之比1 ，所述電機302的工頻運行轉(zhuǎn)速ω0Ο該控制裝置301將上述獲取的參數(shù)利用公式=計算，獲得所述電機302的實時轉(zhuǎn)速ω，并根據(jù)該電機實時轉(zhuǎn)速的電信號控制電機302進行工作。所述電機302驅(qū)動所述油泵303進行工作。其中，控制裝置301計算實時轉(zhuǎn)速的方法是根據(jù)如下分析形成，首先根據(jù)伯努利方程:E = P + pgz + ^pV2，其中E-總壓；P-靜壓(壓力表的讀數(shù))；P gz_液柱鉛垂高度
產(chǎn)生的壓強jpv2-動壓；ν-流動速度。由于注塑機高度有限，油柱引起的壓強很小，因此Pgz這一項可以忽略，則五=尸+1/TV2。對于極限狀況，當比例壓力閥的值β = 1Α，比例流量閥的值λ = 0Α，此時靜壓最大，動壓為0，有P0 = k^o = Ii1Ii3 ω 02其中Ptl-最大靜壓；Etl-油泵的最大壓頭(工頻運行)-比例壓力閥的最大設(shè)計壓力與油泵最大壓頭之比；Otl-工頻運行的轉(zhuǎn)速^tl = Ii3COci2描述的是油泵的壓頭與轉(zhuǎn)速的平方關(guān)系。當比例壓力閥的值β = OA,比例流量閥的值λ = 1Α，此時靜壓近似為0，動壓為
最大值，有
1 2D0 -=k2E0 = k2 ·-pv0其中Dcr比例流量閥設(shè)計的最大動壓；Vtl-油泵工頻運行無節(jié)流時的最大流速； k2-比例流量閥的最大設(shè)計動壓與油泵工頻無節(jié)流時最大動壓之比。在一般情況下，當設(shè)定比例壓力閥的值為β e
，比例流量閥的值為 λ e
時，實際上使用的壓頭為E = P + kpv2 二 βΡ0 +-P(A-Jk^v0)2 二 Pk1E0+λ\ 丄^v02= (β^ + λ2 k2)EQ上式結(jié)合= Κω/，如果使用變頻器驅(qū)動電機，設(shè)需用轉(zhuǎn)速是ω，并且要使得油泵恰好輸出相同的壓頭Ε，恰好不溢流，則根據(jù)油泵的壓頭和轉(zhuǎn)速的關(guān)系可得ω2 = (ki β +k2 λ 2) ω 02，則《 =」(kj3 + k^i2)o}Q ο并且，對于同一注塑機上配套的比例壓力閥和比例流量閥，可以近似ki = k2 = k ^ 1，則 E = k3co2 = k(3 + X2)EQ，上式結(jié)合& = k3coQ2，可得 ω2 = 1 (β + λ2) ω02ο因此，近似公式滿足上述要求的需用轉(zhuǎn)速為= ^(β + λ2)ω0。其中常數(shù)k可以根據(jù)選定的油泵和閥門進行有限次數(shù)的測試而確定，試探幾次以后可以將該k值進行存儲，并且Oci同樣也可以通過對電機的有限次測試確定進行存儲，以便于在以后的電機控制中直接獲取上述參數(shù)，更加快速的對電機進行控制。由于上述控制裝置301在進行計算時，存在一些近似條件，所以可能在實時的控制中存在一定的誤差，所以所述控制裝置301在進行計算后還可以對計算出的實時轉(zhuǎn)速進行修正，例如在計算出的實時轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上增加預(yù)定轉(zhuǎn)速或者減少預(yù)定轉(zhuǎn)速。并且，由于油泵從靜止開始運行需要較長時間加速，因此所述控制裝置301還可以輸出一預(yù)定的轉(zhuǎn)速作為電機的怠速，以減小響應(yīng)時間，并且減少對油泵的沖擊。作為具體參數(shù)的例子，某注塑機經(jīng)過試運行幾個周期后測試調(diào)節(jié)得出k = 0. 75， 工頻運行轉(zhuǎn)速為 50Hz，運行中當 β =0.8，λ =0.4 時，《 = V0.75* (0.8 + 0.42)份。=°·85 ο ’ 應(yīng)該采用50*0.85 = 42.5(Ηζ)。根據(jù)油泵功率的三次方曲線，此時的節(jié)電率約為 (1-(42. 5/50)3)/1 = 38.6%，從而本發(fā)明實施例的方法和裝置可以達到很高的節(jié)能效果， 并且制品質(zhì)量和產(chǎn)量沒有任何變化，響應(yīng)時間不會延長。平均節(jié)電率35%左右，電機溫度下降5°C左右，油溫下降15°C左右。 以上所述的具體實施方式
，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式
而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種泵電機控制方法，其特征在于包括，采集所述泵的比例壓力閥參數(shù)β和比例流量閥參數(shù)λ，并獲取比例壓力閥的最大設(shè)計壓力與泵最大壓頭之比k1;比例流量閥的最大設(shè)計動壓與泵工頻無節(jié)流時最大動壓之比 k2，所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速COci ；將上述參數(shù)利用公式ω =批β +) 。計算并獲得所述油泵電機的實時轉(zhuǎn)速ω ；利用所述泵電機實時轉(zhuǎn)速的電信號驅(qū)動電機進行工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述比例壓力閥參數(shù)βe [Ο,ΙΑ]的直流電信號，所述比例流量閥參數(shù)λ e [Ο,ΙΑ]的直流電信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述Ic1和1 相近似，則令I(lǐng)c1= 1 = k，存儲該參數(shù)k，如果所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速Oci固定則存儲所述Coci，在計算所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速時，利用公式ω 二^/財/ +計算所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計算并獲得所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速ω后還包括，對所述泵電機實時轉(zhuǎn)速進行修正，在泵電機實時轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上加上一個預(yù)定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括驅(qū)動所述泵電機保持一預(yù)定的轉(zhuǎn)速。
6.一種泵電機控制裝置，其特征在于包括，采集單元，用于采集所述泵的比例壓力閥參數(shù)β和比例流量閥參數(shù)入；測試單元，用于獲取比例壓力閥的最大設(shè)計壓力與泵最大壓頭之比k1;比例流量閥的最大設(shè)計動壓與泵工頻無節(jié)流時最大動壓之比1 ，所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速Q(mào)ci ；計算單元，用于將上述采集單元和測試單元獲取的參數(shù)利用公式《 =。計算并獲得所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速ω ；所述驅(qū)動單元，用于根據(jù)所述計算單元輸出的所述泵電機實時轉(zhuǎn)速的電信號驅(qū)動電機進行工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括存儲器，用于如果所述Ic1和1 相近似，則令& = k2 = k，存儲該參數(shù)k，如果所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速Coci固定則存儲所述 Otl，使得所述計算單元計算所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速時，利用公式ω = ^0^ + 22)%計算所述泵電機的實時轉(zhuǎn)速。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括修正單元，用于對所述泵電機實時轉(zhuǎn)速進行修正，在泵電機實時轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上加上一個預(yù)定值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動單元還用于驅(qū)動所述泵電機保持一預(yù)定的轉(zhuǎn)速。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)于泵電機控制技術(shù)領(lǐng)域，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中電機耗能高，溫度高的問題，提供了一種泵電機控制方法和裝置，其中方法包括采集所述泵的比例壓力閥參數(shù)β和比例流量閥參數(shù)λ，并獲取比例壓力閥的最大設(shè)計壓力與泵最大壓頭之比k1，比例流量閥的最大設(shè)計動壓與泵工頻無節(jié)流時最大動壓之比k2，所述泵電機的工頻運行轉(zhuǎn)速ω0；將上述參數(shù)利用公式計算并獲得所述油泵電機的實時轉(zhuǎn)速ω；利用所述泵電機實時轉(zhuǎn)速的電信號驅(qū)動電機進行工作。本發(fā)明實施例的有益效果在于，降低了泵電機的電能消耗。
文檔編號H02P23/14GK102195557SQ20101012470
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者曾洪駿 申請人:時代新紀元科技集團有限公司