摘要：基于某工廠生產(chǎn)線自動化打包壓縮工藝階段技術(shù)改造，本文對原有液壓系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行分析，提出了將液壓系統(tǒng)泵組改為伺服控制系統(tǒng)的方案，明顯提高了生產(chǎn)效率。

Abstract: Based on a factory production line automation packing compression process stages of technology transformation, this paper analyzes problems existing in the original hydraulic system. Hydraulic system pump group will be changed to servo control system, and the changes significantly improve the production efficiency.

關(guān)鍵詞：打包工藝，液壓系統(tǒng)，伺服控制

Keywords: Packaging process, hydraulic system, servo control

1 引言

液壓系統(tǒng)在當(dāng)今自動化控制領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，技術(shù)已十分成熟。打包機(jī)液壓系統(tǒng)是利用液壓推送壓頭及料箱部件將原本松散的產(chǎn)品壓緊壓實(shí)，并裝入相應(yīng)的成品箱中。本文根據(jù)某工廠生產(chǎn)線自動化打包壓縮工藝階段技術(shù)改造，對原有液壓系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行分析，繼而提出了將液壓系統(tǒng)泵組改為伺服控制系統(tǒng)的方案。液壓系統(tǒng)采用電機(jī)伺服系統(tǒng)進(jìn)行供油，根據(jù)系統(tǒng)要求，提供需要的液壓油和壓力，達(dá)到高效節(jié)能和盡量減少液壓油油溫升高的目的。

2 原有系統(tǒng)問題分析

系統(tǒng)原有液壓系統(tǒng)的油泵采用施耐德ATS軟啟動器控制，當(dāng)需要相關(guān)部件運(yùn)動時(shí)，才通過軟起啟動供油油泵，待油泵主回路切換到工頻后，其所供給液壓系統(tǒng)的油量、油壓無法通過PLC程序設(shè)置和調(diào)節(jié)，導(dǎo)致部分油路管道和高壓球閥組因承受油壓過大而出現(xiàn)不同程度的漏油現(xiàn)象；主油缸上下進(jìn)油口及法蘭出的O形密封圈也因沒有得到緩沖而出現(xiàn)不同程度的滲油和損壞；液壓管路內(nèi)的油因油泵的過度做功，油溫偏高，又缺乏冷卻裝置，整個(gè)液壓系統(tǒng)時(shí)常因溫度過高產(chǎn)生報(bào)警。

3 電機(jī)伺服液壓系統(tǒng)

電機(jī)液壓伺服系統(tǒng)通過采集液壓系統(tǒng)油缸位置信號、壓力信號、流量信號，閉環(huán)控制反饋電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到液壓系統(tǒng)動作需要多少液壓油就提供多少液壓油，系統(tǒng)負(fù)載是多大，液壓系統(tǒng)的壓力就能達(dá)到多大的要求，不提供多余的液壓油，從而達(dá)到最大節(jié)能的目的。由于系統(tǒng)沒有多余的液壓油從溢流閥中擠出，系統(tǒng)幾乎不產(chǎn)生熱量，油溫不會升高很多。

與單純動力泵區(qū)別在于，原動力泵輸出模式單一且恒定，而伺服控制系統(tǒng)，則是在油泵與伺服電機(jī)之間通過壓力傳感器與伺服控制器間的數(shù)學(xué)模型關(guān)系進(jìn)行可控的閉環(huán)回路控制，因而，系統(tǒng)可以按照執(zhí)行元件的需要改變伺服電機(jī)輸出功率大小或啟停，從而達(dá)到明顯節(jié)能效果。

泵的輸出功率為W=PXQ ，式中，P為泵輸出壓力，Q為泵輸出流量，從該表達(dá)式中可以看出，改變泵的輸出壓力或輸出流量，均可改變泵的輸出功率。

該系統(tǒng)也有兩種工作狀態(tài)：流量控制狀態(tài)和壓力控制狀態(tài)。

在流量控制狀態(tài)下，壓力傳感器所監(jiān)測到的壓力小于設(shè)定的壓力，伺服馬達(dá)按流量控制狀態(tài)工作，即控制伺服馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，使泵的輸出流量保持在設(shè)定值。流量控制狀態(tài)時(shí)，泵處于流量閉環(huán)控制狀態(tài)。

在壓力控制狀態(tài)下，壓力傳感器所監(jiān)測到的壓力將達(dá)到或達(dá)到設(shè)定值時(shí)，伺服馬達(dá)按壓力控制狀態(tài)工作，即控制伺服馬達(dá)的轉(zhuǎn)速至最小，僅向系統(tǒng)控制泄漏或保壓所需的流量。此時(shí)泵處在壓力閉環(huán)控制狀態(tài)。

圖一 伺服節(jié)能液壓系統(tǒng)簡圖

電機(jī)伺服液壓系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）、伺服系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)載的要求，自動提供流量大小，適應(yīng)壓力高低不浪費(fèi)，不做無用功，所以省電效果非常明顯；閉回路控制，無高壓節(jié)流能量損失，省電節(jié)能效益可達(dá)65%；

2）、伺服節(jié)能系統(tǒng)的螺桿油泵效率高，無泄漏；

3）、內(nèi)控型變量泵必需在14bar左右時(shí)才能處于可控狀態(tài)，而伺服節(jié)能系統(tǒng)則可以在1bar壓力下工作。

4）、采用高響應(yīng)永磁同步伺服電機(jī)，液壓控制反應(yīng)時(shí)間迅速；

5）、動力機(jī)構(gòu)輸出的流量與油缸的流量相匹配，無高壓節(jié)流損失；

6）、液壓機(jī)構(gòu)動作、速度由伺服控制，減小液壓沖擊，延長液壓元件和油缸的使用壽命；

7）、系統(tǒng)油溫溫升降低，延長密封件壽命，延長液壓油更換周期；

8）、液壓系統(tǒng)閉回路控制，機(jī)械噪音降低，工作環(huán)境改善。

4 伺服控制器接線

本系統(tǒng)采用Inovance IS300系列伺服控制器，其動力及控制部分接線如圖。

圖二 伺服控制器主回路接線圖

圖三 伺服控制器模擬量給定及反饋信號接線圖

圖四 伺服控制器數(shù)字量使能信號接線圖

IS300系列伺服驅(qū)動器是專門為驅(qū)動永磁同步伺服電機(jī)（PMSM）而開發(fā)的一款伺服驅(qū)動器。IS300系列伺服驅(qū)動器容量范圍涵蓋廣（額定電流5A～300A），能夠完美地實(shí)現(xiàn)伺服油泵控制，亦能實(shí)現(xiàn)通用型伺服功能需求，是目前市場上性價(jià)比較高的中大功率伺服驅(qū)動器。

5 PLC控制程序

本系統(tǒng)采用美國ROCKWELL 1794系列PLC作為主控制器，通過遠(yuǎn)程1734 I/O子站上的模擬量模塊及數(shù)字量模塊，給控制器提供壓力、流量給定值信號以及啟動使能信號，通過調(diào)節(jié)壓力流量的值，最終調(diào)試達(dá)到一個(gè)最佳效果，編程軟件是RSLogix 5000，部分程序如圖。

圖五 程序給定伺服控制器模擬量

圖六 程序給定伺服控制器使能數(shù)字量信號

6 結(jié)束語

本文對原有打包液壓系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行分析，進(jìn)而提出了使用伺服控制系統(tǒng)替代原有單純動力泵的液壓系統(tǒng)，經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)現(xiàn)運(yùn)行更加平穩(wěn)，節(jié)能效果明顯，并減少液壓油油溫的升高，提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

[]現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.

[2] Schneider Electric .Altivar 71 DeviceNet card [DB/OL].2005,5.

[3] Schneider Electric .Altivar 71 Communication parameters [DB/OL].2007,5.