注塑機伺服泵多回路控制技術的研究

魏建鴻

（泰瑞機器制造（中國）有限公司，浙江 杭州310018）

0 前言

在當前國家倡導節能環保的大環境下，伺服泵在注塑機行業得到了廣泛應用，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用為主，而三泵或三泵以上的中、大型注塑機的應用比較少，而多回路的應用就更少了。

伺服泵由于受到油泵排量、驅動器功率和電機扭矩的限制，單泵系統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，為實現穩定的壓力和流量控制，多泵合流時只能有一個主泵做閉環控制，其他泵作為從泵跟著主泵轉動，如此就相當于一個大泵在工作，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為單回路液壓系統，也就是同一時間只能控制一組液壓回路的壓力和流量。為節省時間，提高生產效率，有的注塑機會設計成多回路液壓系統，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行，從而節省時間。注塑機上最常用的聯動方式有開模與脫模雙聯動、開模和儲料雙聯動以及開模與脫模、儲料三聯動等，聯動動作越多，液壓回路就越復雜。某個回路里的伺服泵，在合流時作為從泵，一旦有聯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動的多回路控制技術，并提出改進方案。

1 控制原理分析

1.1 改進前方案

改進前的雙聯動液壓系統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組成脫模回路，電磁換向閥V3和單向閥V4連接開模回路和脫模回路。伺服電機驅動油泵轉動，油泵為液壓系統提供動力，輸出壓力油；溢流閥V1和V2是液壓系統的安全閥，限制系統的最高壓力，起到安全保護的作用；壓力傳感器SP1和SP2檢測液壓系統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，當電磁鐵YA33處于失電狀態時，電磁換向閥V3的P腔通A腔，使P2的壓力油經P腔到A腔，再通過單向閥V3接通開模回路，由于單向閥V3有單向截流的作用，所以P2只能單向轉動提供壓力油，不能反轉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，脫模回路泄壓，此時脫模回路不能做任何動作。當電磁鐵YA33處于得電狀態時，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，使單向閥V4處于截止狀態，從而使P1與P2分離實現聯動動作。

圖1 改進前雙聯動液壓原理圖Fig.1 Double motion hydraulic drawing before mend

改進前的雙聯動電氣系統主要由以下部分組成：開模主泵驅動器U1、脫模主泵或開模從泵驅動器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動器U1上，使用0～10V的模擬信號給開模主泵發指令。開模壓力傳感器SP1的信號直接連接到開模主泵驅動器U1上。開模主泵的實際流量信號和10V電壓經過繼電器KA1的常閉端連到驅動器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的常開觸點連到驅動器U2上。當KA1線圈處于失電狀態時，開模主泵驅動器U1的實際流量信號和10V電壓通過KA1常閉回路送到驅動器U2上，同時KA1切斷了脫模壓力傳感器SP2與驅動器U2間的信號，此時驅動器U2作為開模從泵的驅動器。

圖2 改進前雙聯動電氣原理圖Fig.2 Double motion electric drawing before mend

通過以上分析總結如下：（1）開模回路的壓力油不能切換到脫模回路中，而且脫模回路要工作，電磁鐵YA33必須得電，這不是常規動作，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泄壓動作，如此會造成主泵的泄壓時間過長，導致液壓系統壓力響應變慢；（3）需要使用單刀雙頭繼電器做主、從切換，使線路復雜化；（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入壓力閉環控制模式，以干擾主泵壓力閉環控制［5］。

1.2 改進后方案

改進后的雙聯動液壓系統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連接開模回路和脫模回路。伺服電機驅動油泵轉動，油泵為液壓系統提供動力，輸出壓力油；溢流閥V1和V2是液壓系統的安全閥，限制系統的最高壓力，起到安全保護的作用；壓力傳感器SP1和SP2檢測液壓系統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，當電磁鐵YA33處于失電狀態時，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與脫模回路連通并且與P1連通，即P1和P2可以同時供開模回路和脫模回路，此狀態相當于無聯動功能的注塑機。當電磁鐵YA33處于得電狀態時，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，從而使P1與P2分流實現聯動動作。

圖3 改進后雙聯動液壓原理圖Fig.3 Double motion hydraulic drawing after mend

改進后的雙聯動電氣系統主要由以下部分組成：開模主泵驅動器U1、脫模主泵或開模從泵驅動器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，在驅動器U2上增加了主、從切換開關，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動器U1上，使用0～10V的模擬信號給開模主泵發指令。開模壓力傳感器SP1的信號直接連接到開模主泵驅動器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動器U2上，脫模壓力傳感器SP2的信號直接連接到驅動器U2上，當“主、從切換”輸入端接收到24V信號時，驅動器U2作為開模從泵的驅動器，注塑機控制器把開模主泵的實際流量信號發送給從泵驅動器，使從泵以相同的速度運行，當“主、從切換”輸入端沒有信號時，驅動器U2作為脫模主泵的驅動器［7］。

通過以上分析總結如下：（1）當電磁鐵YA33處于失電狀態時，P1與P2同時轉動，相當于有2個泵的沒有聯動功能的注塑機，所有動作均可以由雙泵來提供動力，當電磁鐵YA33處于得電狀態時，P1與P2分流，開模回路和脫模回路可以獨立控制壓力和流量，從而可以實現雙聯動；（2）P2作為開模的從泵時參與反轉泄壓動作；（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，不用擔心是否會進入壓力閉環控制模式［8-9］。

2 實驗部分

2.1 主要設備及儀器

注塑機，TRX500Lsv，泰瑞機器制造（中國）有限公司；

調試軟件，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 改進后雙聯動電氣原理圖Fig.4 Double motion electric drawing after mend

3 結果與討論

記錄實驗所得結果如表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，當沒有選用聯動功能時，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，當選用聯動功能時，開模動作只有P1工作，而脫模進和脫模退動作只有P2工作，且動作期間，電磁鐵YA33要工作。

從表4可以看出，當沒有選用聯動功能時，開模動作、脫模進和脫模退動作均有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，當選用聯動功能時，開模動作只有P1工作，而脫模進和脫模退動作只有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 結論

（1）當不使用聯動功能時，使用改進后方案的注塑機相當于一臺沒有聯動功能的常規機器，脫模回路可以由雙泵同時供油，而改進前的方案只能一個泵供油，機器運動速度較慢，這對于生產某些不適合使用聯動功能的產品時非常重要；

（2）改進后的方案增加了主、從切換信號，代替了改進前的切換繼電器，不但簡化了電氣線路，而且使壓力控制更加可靠、穩定；當切換輸入端沒有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）改進后的方案從泵可以參與反轉泄壓動作，避免了改進前的升壓有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轉換性能。

［1］宋春華，李發蓉，鄧 斌，等.注塑機驅動系統節能研究［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.多機構復合動作閉式回路液壓系統設計［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.博世力士樂伺服泵SvP安裝手冊［Z］.上海：博世力士樂集團，2012.

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

［5］博世力士樂集團.力士樂伺服驅動系統項目計劃手冊［Z］.上海：博世力士樂集團，2007.

［6］博世力士樂集團.Svp伺服泵參數設定手冊［Z］.上海：博世力士樂集團，2012.

［7］鐘漢如.注塑機控制系統［M］.北京：化學工業出版社，2003：87-91.

［8］董偉亮.液壓設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2005：1663-1682.

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