专利名称：一种泵电机控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明有关于泵电机控制技术领域，具体地讲是一种泵电机控制方法和装置。
背景技术：
注塑机，即塑料注射成型机，是重要的工业机械。它的功能是将塑料颗粒熔融后， 注射入模具，经过保压、冷却、脱出，获得所需的制品。由于我国注塑机行业的自身特点，以及制造成本等因素的限制，目前定量泵液压式注塑机仍占据较大份额，并且定量泵液压式注塑机在制品的光洁度、致密度等方面的固有优势，以及技术成熟度、制造简易性等方面仍有优势，因此其产量仍然较大。但该机型的一个弊端是耗电量大，用户的使用成本高。对于定量泵液压式注塑机，其基本的工作原理是由电动机带动油泵供油，经比例压力阀和比例流量阀对油压和流量进行限制，再用液压油驱动各个油马达，从而完成各个部件的规定动作。相应的部件包括射台、开合模、注射、调模、托模、抽插芯、绞牙、加料等。由计算机编程，对整个工作过程进行顺序控制。针对注塑机的能耗状况，现有技术中具有多种节能方案变频器+比例信号采集，这种方案的主要原理是根据比例压力和比例流量信号， 得出电机的转速，并用变频器控制，输出该转速，使定量泵输出可变的扬程。计算的方法有 2种(1)取压力和流量信号的加权平均；( 取压力和流量信号的较大者。这种方案的优点是输出平滑，噪音小。缺点是油泵输出不是偏大就是偏小。若偏大，则节能效果差；若偏小，则质量和产量都下降，其原因在于，不能使油泵的输出真正贴合实际的需求。其根本的原因是缺乏对实际需求的准确计算，采用的是粗估的方法，容易造成制件品质下降、产量下降的后果。变频器+比例信号采集+控制信号采集，这种方法主要是为了弥补以上方案的不足，即在不能准确计算需用转速的情况下，再引入注塑机计算机的控制信号，判断当前究竟属于哪个步骤，再根据当前的步骤来决定是否降低速度。例如，为保证品质，则保压段不降低速度；为了保证产量，则注射段不降低速度等。优点是控制更为合理。缺点是(1)接线相当繁琐，并且对于不同型号、不同年限的注塑机没有相同的接线方法，特别是对于老旧的注塑机，现场操作很难；(2)需要使用可编程逻辑控制器(PLC)，成本上升；(3)由于过于复杂，故障点多、可靠性差。
发明内容
本发明正是基于上述问题而提出，其目的在于提供一种泵电机控制方法和装置， 用于解决现有技术中电机耗能高，温度高的问题。本发明的实施例为了解决上述技术问题，提供了一种泵电机控制方法，包括，采集所述泵的比例压力阀参数β和比例流量阀参数λ，并获取比例压力阀的最大设计压力与泵最大压头之比k1;比例流量阀的最大设计动压与泵工频无节流时最大动压之比1 ，所述泵电机的工频运行转速Qci ；将上述参数利用公式《=7^7^%计算并获得所述油泵电机的实时转速ω ；利用所述泵电机实时转速的电信号驱动电机进行工作。根据本发明所述方法实施例的一个进一步的方面，所述比例压力阀参数β e [ο, 1A]的直流电信号，所述比例流量阀参数λ e [Ο,ΙΑ]的直流电信号。根据本发明所述方法实施例的再一个进一步的方面，如果所述ki和1 相近似，则令& = k2 = k，存储该参数k，如果所述泵电机的工频运行转速COci固定则存储所述COci，在
计算所述泵电机的实时转速时，利用公式ω 二 ^05 + 0%计算所述泵电机的实时转速。根据本发明所述方法实施例的另一个进一步的方面，计算并获得所述泵电机的实时转速ω后还包括，对所述泵电机实时转速进行修正，在泵电机实时转速的基础上加上一个预定值。根据本发明所述方法实施例的另一个进一步的方面，还包括驱动所述泵电机保持一预定的转速。本发明实施例为了解决现有技术中的问题，还提供了一种泵电机控制装置，包括， 采集单元，用于采集所述泵的比例压力阀参数β和比例流量阀参数λ ；测试单元，用于获取比例压力阀的最大设计压力与泵最大压头之比k1;比例流量阀的最大设计动压与泵工频无节流时最大动压之比k2，所述泵电机的工频运行转速Oci ；计算单元，用于将上述采集单元和测试单元获取的参数利用公式0 = 7^7 ;。计算并获得所述泵电机的实时转速 ω ；所述驱动单元，用于根据所述计算单元输出的所述泵电机实时转速的电信号驱动电机进行工作。根据本发明所述装置实施例的一个进一步的方面，还包括存储器，用于如果所述Ic1和1 相近似，则令Ic1 = k2 = k，存储该参数k，如果所述泵电机的工频运行转速Qci固定则存储所述Coci，使得所述计算单元计算所述泵电机的实时转速时，利用公式 ω = + 计算所述泵电机的实时转速。根据本发明所述装置实施例的再一个进一步的方面，还包括修正单元，用于对所述泵电机实时转速进行修正。根据本发明所述装置实施例的另一个进一步的方面，所述驱动单元还用于驱动所述泵电机保持一预定的转速。本发明实施例的有益效果在于，降低了泵电机(特别是注塑机油泵电机)的电能消耗，并且不需要引入新的技术问题(例如不需要监控当前处于哪个生产过程以匹配不同的电机转速)，逻辑资源消耗小，并且不需要改变现有注塑机的设置，实现简单，还可以保证产品的质量和生产效率。
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中图1所示的是本发明实施例泵电机控制方法的流程图；图2所示为本发明实施例一种泵电机控制装置的结构示意图；图3所示本发明实施例中注塑机应用本发明装置和相应方法进行节能控制的系统结构图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。注塑机的电能消耗主要包括1、液压系统油泵的电能消耗；2、加热器的电能消耗；3、循环冷却水泵的电能消耗。其中液压油泵电机的用电量占整个注塑机用电量的80% 以上，所以降低其耗电量是注塑机节能的关键。注塑机液压系统在工作中产生的能源浪费主要包括溢流损失。注塑机在加工时，不断地重复规定的动作流程。但在流程中的每个步骤，所需的压力和流量是不相同的，例如注射段所需的压力和流量都较大，而冷却段所需的压力和流量都很小。但注塑机采用定量泵时，油泵始终在以工频(最快速度)工作，泵出最大数量的油。 由于各步骤需要的油有限，多余的油则通过比例压力阀溢流回到油缸，在这个过程中，产生大量毫无用处的热能，因此耗电量大，油温高，其中溢流损失占能源浪费的比重较大。图1所示的是本发明实施例泵电机控制方法的流程图。包括步骤101，采集泵的比例压力阀参数β和比例流量阀参数λ，并获取比例压力阀的最大设计压力与泵最大压头之比k1;比例流量阀的最大设计动压与泵工频无节流时最大动压之比1 ，所述泵电机的工频运行转速ω—其中，所述泵可以包括注塑机中的油泵。步骤102，将上述参数利用公式ω = ^iKP + ^M2M1计算，获得所述泵电机的实时转速ω ο步骤103，利用所述泵电机实时转速的电信号驱动电机进行工作。在上述步骤101中，所述比例压力阀参数β e
的直流电信号，所述比例流量阀参数λ e [Ο,ΙΑ]的直流电信号。其中，β和λ也可能超出
的范围，可以截掉超出部分，使其为0或者1，以便于控制的需要。在上述步骤101中，如果所述Ii1和k2相近似，则令k! = k2 = k，存储该参数k，如果所述泵电机的工频运行转速Qci固定，例如为50Hz，则存储所述Oci，在计算所述泵电机的实时转速时，利用公式cu = 7 ^ ^计算所述泵电机的实时转速。在上述步骤103中还包括，将所述泵电机的实时转速电信号放大为0至IOV的电信号输入到变频器中，变频器驱动所述电机进行工作，使得所述泵不输出多余的扬程。作为本发明的一个进一步的实施例，在所述步骤102计算并获得所述泵电机的实时转速ω后还包括，对所述泵电机实时转速进行修正，在泵电机实时转速的基础上加上一个预定值。由于在真实的应用过程中采集的数据可能存在一定误差，因此增加修正过程可以使得泵输出的扬程尽可能的满足要求，不影响质量和产量。作为本发明的一个进一步的实施例，还包括对所述泵电机保持一预定的转速，这是因为油泵从静止开始运行需要较长时间加速，因此采取一定的怠速，减小响应时间，并且减少对油泵的冲击。通过本发明上述方法可以更加精确的控制电机的转速从而实现泵的输出扬程基本上都能够得到有效利用，特别针对于油泵减少了电机不必要的耗能，节约了能源。如图2所示为本发明实施例一种泵电机控制装置的结构示意图。包括，采集单元201，测试单元202，计算单元203，驱动单元204。所述采集单元201，用于采集所述泵的比例压力阀参数β和比例流量阀参数λ。所述测试单元202，用于获取比例压力阀的最大设计压力与泵最大压头之比k1;比例流量阀的最大设计动压与泵工频无节流时最大动压之比1 ，所述泵电机的工频运行转速 ω0Ο其中，所述泵包括注塑机中的油泵。 所述计算单元203，用于将上述采集单元201和测试单元202获取的参数利用公式 =计算，获得所述泵电机的实时转速ω。所述驱动单元204，用于根据所述计算单元203输出的所述泵电机实时转速的电信号驱动电机进行工作。作为本发明的一个进一步的实施例，还包括存储器205，用于如果所述Ic1和1 相近似，则令& = k2 = k，存储该参数k，如果所述泵电机的工频运行转速Coci固定则存储所
述ω ^，使得所述计算单元203计算所述泵电机的实时转速时，利用公式ω 二 y/^β + λ2)ω0τ\-
算所述泵电机的实时转速。作为本发明的一个进一步的实施例，所述驱动单元204包括变频器等设备。作为本发明的一个进一步的实施例，还包括修正单元206，与所述驱动单元204相连接，用于对所述泵电机实时转速进行修正，在泵电机实时转速的基础上加上一个预定值。作为本发明的一个进一步的实施例，所述驱动单元204还用于驱动所述泵电机保持一预定的转速。通过上述实施例，精确地计算了电机实时需用的转速，使得油泵输出的扬程能够得到完全的利用，达到节能的效果，并且通过上述装置不需要引入新的技术问题，改造成本不高，并且对注塑机生产产品的质量和效率都没有任何负面影响。如图3所示本发明实施例中注塑机应用本发明装置和相应方法进行节能控制的系统结构图。包括控制装置301，电机302，油泵303，比例压力阀304，比例流量阀305。所述控制装置301如上述图2所示，在此不再赘述，该控制装置采集比例压力阀 304的参数β和比例流量阀305的参数λ，并且还获取比例压力阀304的最大设计压力与油泵303最大压头之比k1;比例流量阀305的最大设计动压与油泵303工频无节流时最大动压之比1 ，所述电机302的工频运行转速ω0Ο该控制装置301将上述获取的参数利用公式=计算，获得所述电机302的实时转速ω，并根据该电机实时转速的电信号控制电机302进行工作。所述电机302驱动所述油泵303进行工作。其中，控制装置301计算实时转速的方法是根据如下分析形成，首先根据伯努利方程:E = P + pgz + ^pV2，其中E-总压；P-静压(压力表的读数)；P gz_液柱铅垂高度
产生的压强jpv2-动压；ν-流动速度。由于注塑机高度有限，油柱引起的压强很小，因此Pgz这一项可以忽略，则五=尸+1/TV2。对于极限状况，当比例压力阀的值β = 1Α，比例流量阀的值λ = 0Α，此时静压最大，动压为0，有P0 = k^o = Ii1Ii3 ω 02其中Ptl-最大静压；Etl-油泵的最大压头(工频运行)-比例压力阀的最大设计压力与油泵最大压头之比；Otl-工频运行的转速^tl = Ii3COci2描述的是油泵的压头与转速的平方关系。当比例压力阀的值β = OA,比例流量阀的值λ = 1Α，此时静压近似为0，动压为
最大值，有
1 2D0 -=k2E0 = k2 ·-pv0其中Dcr比例流量阀设计的最大动压；Vtl-油泵工频运行无节流时的最大流速； k2-比例流量阀的最大设计动压与油泵工频无节流时最大动压之比。在一般情况下，当设定比例压力阀的值为β e
，比例流量阀的值为 λ e
时，实际上使用的压头为E = P + kpv2 二 βΡ0 +-P(A-Jk^v0)2 二 Pk1E0+λ\ 丄^v02= (β^ + λ2 k2)EQ上式结合= Κω/，如果使用变频器驱动电机，设需用转速是ω，并且要使得油泵恰好输出相同的压头Ε，恰好不溢流，则根据油泵的压头和转速的关系可得ω2 = (ki β +k2 λ 2) ω 02，则《 =」(kj3 + k^i2)o}Q ο并且，对于同一注塑机上配套的比例压力阀和比例流量阀，可以近似ki = k2 = k ^ 1，则 E = k3co2 = k(3 + X2)EQ，上式结合& = k3coQ2，可得 ω2 = 1 (β + λ2) ω02ο因此，近似公式满足上述要求的需用转速为= ^(β + λ2)ω0。其中常数k可以根据选定的油泵和阀门进行有限次数的测试而确定，试探几次以后可以将该k值进行存储，并且Oci同样也可以通过对电机的有限次测试确定进行存储，以便于在以后的电机控制中直接获取上述参数，更加快速的对电机进行控制。由于上述控制装置301在进行计算时，存在一些近似条件，所以可能在实时的控制中存在一定的误差，所以所述控制装置301在进行计算后还可以对计算出的实时转速进行修正，例如在计算出的实时转速的基础上增加预定转速或者减少预定转速。并且，由于油泵从静止开始运行需要较长时间加速，因此所述控制装置301还可以输出一预定的转速作为电机的怠速，以减小响应时间，并且减少对油泵的冲击。作为具体参数的例子，某注塑机经过试运行几个周期后测试调节得出k = 0. 75， 工频运行转速为 50Hz，运行中当 β =0.8，λ =0.4 时，《 = V0.75* (0.8 + 0.42)份。=°·85 ο ’ 应该采用50*0.85 = 42.5(Ηζ)。根据油泵功率的三次方曲线，此时的节电率约为 (1-(42. 5/50)3)/1 = 38.6%，从而本发明实施例的方法和装置可以达到很高的节能效果， 并且制品质量和产量没有任何变化，响应时间不会延长。平均节电率35%左右，电机温度下降5°C左右，油温下降15°C左右。 以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种泵电机控制方法，其特征在于包括，采集所述泵的比例压力阀参数β和比例流量阀参数λ，并获取比例压力阀的最大设计压力与泵最大压头之比k1;比例流量阀的最大设计动压与泵工频无节流时最大动压之比 k2，所述泵电机的工频运行转速COci ；将上述参数利用公式ω =批β +) 。计算并获得所述油泵电机的实时转速ω ；利用所述泵电机实时转速的电信号驱动电机进行工作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述比例压力阀参数βe [Ο,ΙΑ]的直流电信号，所述比例流量阀参数λ e [Ο,ΙΑ]的直流电信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述Ic1和1 相近似，则令Ic1= 1 = k，存储该参数k，如果所述泵电机的工频运行转速Oci固定则存储所述Coci，在计算所述泵电机的实时转速时，利用公式ω 二^/財/ +计算所述泵电机的实时转速。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算并获得所述泵电机的实时转速ω后还包括，对所述泵电机实时转速进行修正，在泵电机实时转速的基础上加上一个预定值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括驱动所述泵电机保持一预定的转速。
6.一种泵电机控制装置，其特征在于包括，采集单元，用于采集所述泵的比例压力阀参数β和比例流量阀参数入；测试单元，用于获取比例压力阀的最大设计压力与泵最大压头之比k1;比例流量阀的最大设计动压与泵工频无节流时最大动压之比1 ，所述泵电机的工频运行转速Qci ；计算单元，用于将上述采集单元和测试单元获取的参数利用公式《 =。计算并获得所述泵电机的实时转速ω ；所述驱动单元，用于根据所述计算单元输出的所述泵电机实时转速的电信号驱动电机进行工作。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括存储器，用于如果所述Ic1和1 相近似，则令& = k2 = k，存储该参数k，如果所述泵电机的工频运行转速Coci固定则存储所述 Otl，使得所述计算单元计算所述泵电机的实时转速时，利用公式ω = ^0^ + 22)%计算所述泵电机的实时转速。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括修正单元，用于对所述泵电机实时转速进行修正，在泵电机实时转速的基础上加上一个预定值。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述驱动单元还用于驱动所述泵电机保持一预定的转速。
全文摘要
本发明有关于泵电机控制技术领域，用于解决现有技术中电机耗能高，温度高的问题，提供了一种泵电机控制方法和装置，其中方法包括采集所述泵的比例压力阀参数β和比例流量阀参数λ，并获取比例压力阀的最大设计压力与泵最大压头之比k1，比例流量阀的最大设计动压与泵工频无节流时最大动压之比k2，所述泵电机的工频运行转速ω0；将上述参数利用公式计算并获得所述油泵电机的实时转速ω；利用所述泵电机实时转速的电信号驱动电机进行工作。本发明实施例的有益效果在于，降低了泵电机的电能消耗。
文档编号H02P23/14GK102195557SQ20101012470
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者曾洪骏 申请人:时代新纪元科技集团有限公司