臺達油電伺服助力注塑機節能應用

分類：技術教程日期：2013-09-25 00:00:00 來源：西部工控網

　　1 油電伺服塑機的基本動作原理

　　1.1 油電伺服塑機

　　油電系統，是一種液壓系統和電氣控制的結合體。其中液壓系統是流體能量轉換為機械能量的關鍵，它主要是由液壓泵、油箱、各種換向閥(閥島)、液壓油缸、安全閥和將所有元件密閉連接的油管。圖1為油電伺服塑機基本動作示意圖。

　　圖1 油電伺服塑機基本動作示意圖

　　液壓系統的作用是使液壓油按照上位機指定的路徑，通過換向閥和油管達到要求的液壓缸，在液壓缸活塞遇到抵抗形成背壓時能夠迅速產生所需的壓力，所以液壓系統的密閉性(無外泄、無內泄)和內阻性(油路中無阻礙、各種閥的動作順暢可靠、油品質量好)都非常好。當然這些我們只能通過液壓的實際動作才能分析，不過我們可以首先通過外觀、動作，油路手感等方式做初步的判斷，如有懷疑必須要請塑機的生產維修人員協助。

　　電氣控制系統包含了上位機(電腦板)、油電伺服驅動器、必要的檢測反饋器(壓力傳感器)、油泵電機等，而其中油電伺服驅動器是做為控制液壓系統的最重要的直接環節，通過它驅動油泵電機使液壓泵可以為整個液壓系統提供液壓動力，使每個終端的液壓缸做出快速、平穩、連續的動作，所以油電伺服驅動器與油泵電機的配合調整是整機良好性能的重要一環。

　　臺達VFD-VJ是一款專業的伺服液壓泵驅動器，功能專一，所以從硬件到韌體及參數都體現了一款專用液壓伺服驅動器的特性，主要表現在一下6個方面：

　　(1)形成壓力、流量全閉環控制模式

　　(2)內置PQ控制器

　　(3)為同步伺服電機和異步電機提供矢量控制模式

　　(4)二倍的過載能力，

　　(5)內置過壓檢測保護功能，為液壓系統提供底層的保護

　　(6)驅動器強勁的冷卻風扇，適用于高溫環境

　　1.2 VFD-VJ的電控架構

　　VFD-VJ的電控架構如圖2所示。

　　2.3 VFD-VJ的控制線路配線

　　VFD-VJ的控制線路配線圖如圖3所示。

　　圖3 VFD-VJ的控制線路配線圖

　　如圖所示，還需注意在安裝過程中其壓力及流量模擬信號線接入要求，具體有以下幾點：首先，使用二芯屏蔽線;其次，線長最好不超1米;第三，行線避開交流動力線或減少平行行線;第四，屏蔽線根據實際情況做單端或雙端接地;第五，如VJ及整個電氣控制柜做了良好有效接地處理，可將ACM做接地處理;最后，可加裝磁環加強抗干擾能力。

　　2.4 VFD-VJ動力線路配線圖

　　VFD-VJ動力線路配線如圖4所示。

　　圖4 VFD-VJ動力線路配線

　　在實際應用情況下，VFD-VJ動力線路接線有以下要求：首先，動力線的平方數必須附合相應的允流標準;其次，接地線應為動力線平方數的1.5倍，至少不得動力線平方數;第三，進相接地與輸出接地不得混接或不接;第四，進出相動力線最好安裝磁環，減少電磁雜波。

　　2.5 電機溫度保護線路

　　根據實際應用，我們推薦使用KTY84溫度控制方式，因為反饋是線性信號，易于根據實際情況做出控制;另外，KTY84方式的分壓電阻≥2KΩ。值得注意的是，在布線中還需要重復一遍在開始調機前的準備工作，例如，確認驅動器及電機的安裝質量，動力(接地)線、控制線等線纜的產品質量及配裝質量;液壓系統的各接口的密閉性，安全閥打開，各換向閥動作正確;調機所需工具確認;USB轉485通訊接口是IFD6500，如圖6所示;另外，所用的監控軟件應該是VFD Explorer，如圖7。

　　圖6 通訊接口為IFD6500的USB

　　(1)波形窗口;(2)監控曲線(參數)選擇;(3)KeyPad操作界面;

　　(4)I/O端子狀態顯示;(5)驅動器參數;(6)獲取驅動器參數

　　2 具體調機步驟

　　2.1 基本參數輸入階段

　　圖7 調機參數

　　2.2 電機自學習及試運行階段

　　圖8 電機自學習及試運行參數

　　2.3聯機調試階段

　　首先修改控制模式：00-09=1為壓力全閉環控制模式。圖9為相關參數設定。

　　圖9 聯機調試參數

　　這樣基本控制參數設定完畢。接下來開始調試工藝控制參數，包括了壓力過壓檢測準位、底壓、泄壓轉速和壓力控制的PID調整，其中最關鍵的是PID調整。

　　壓力過壓檢測準位00-35：起到軟安全閥的作用，等同于液壓系統中安全閥，如用戶無特殊要求，可默認出廠值。

　　底壓00-27，作用有二個：其一，為保證油路處于充油狀態，可使油缸迅速動作;另外，某些液壓泵需要保持一個較低的啟始轉速，并易于其內部潤滑。可根據用戶實際需要設置該參數。另外也可通過設置該參數起到抑制“零漂”的作用。

　　泄壓轉速00-28：它的設定值決定了液壓系統的泄壓速度，但也受限于液壓泵不能高速且長時反轉，所以該值不易過大。

　　此外，VFD-VJ有兩種PID控制方式：三段式(默認)和三組式;通過參數可做出選擇。

　　表1 VFD-VJ的PID控制參數設置

　　因為三段式PID控制可以滿足多數的塑機應用，所以本文仍以三段式PID應用為主。圖10是該方式的控制圖。

　　圖10 三段式PID控制

　　這種方式是將壓力控制分為三個不同的階段，用PID1、PID2及PID3對各自的階段進行處理，涉及到參數如表2。

　　表2 PID三段參數

　　其中重點調整的P2和I2，這兩個參數關系到注塑機保壓成型階段的壓力穩定特性，對產品質量有著重要的影響。P1、I1兩個參數主要負責壓力還未建立起來時，電機(油泵)大轉速運轉的響應，與P2、I2的配合可使壓力建立的時間(從液壓油被泵出到達到指定的保壓壓力的時間)達到150ms及以內。P3、I3是用來控制實際壓力超過壓力穩定區后的狀態，因為VFD-VJ極好的控制特性，從未沒有出現過這種失控的狀態，所以這兩個參數一般不需調整。我們來看一下PID控制下的幾種常見的壓力曲線。

　　相較于理想中的適當形態，在實際中右側的這種震蕩形態更為常見。一般調試過程是先P(增益)后I(積分)無微分的順序。重點對P2、I2進行調整。通過P2來抑制壓力過沖的幅度，I2來控制震蕩周期，得到一個最接近理想化的圖形。下面是在寧波某客戶調機時，PID調整前后的對比圖，圖11是未做PID參數調整時，壓力曲線。P2、I2使用驅動器默認設定值;圖12是修正PID后的壓力曲線，達到實際加工時壓力保持要求，震蕩幅度不大于0.4KG，速度響應時間不大于40ms，壓力建立時間小于160ms，在控制效果上明顯好與競品。