1 引言
液壓系統在當今自動化控制領域已得到廣泛的應用，技術已十分成熟。打包機液壓系統是利用液壓推送壓頭及料箱部件將原本松散的產品壓緊壓實，并裝入相應的成品箱中。本文根據某工廠生產線自動化打包壓縮工藝階段技術改造，對原有液壓系統存在的問題進行分析，繼而提出了將液壓系統泵組改為伺服控制系統的方案。液壓系統采用電機伺服系統進行供油，根據系統要求，提供需要的液壓油和壓力，達到高效節能和盡量減少液壓油油溫升高的目的。
2 原有系統問題分析
系統原有液壓系統的油泵采用施耐德ATS軟啟動器控制，當需要相關部件運動時，才通過軟起啟動供油油泵，待油泵主回路切換到工頻后，其所供給液壓系統的油量、油壓無法通過PLC程序設置和調節，導致部分油路管道和高壓球閥組因承受油壓過大而出現不同程度的漏油現象；主油缸上下進油口及法蘭出的O形密封圈也因沒有得到緩沖而出現不同程度的滲油和損壞；液壓管路內的油因油泵的過度做功，油溫偏高，又缺乏冷卻裝置，整個液壓系統時常因溫度過高產生報警。
3 電機伺服液壓系統
電機液壓伺服系統通過采集液壓系統油缸位置信號、壓力信號、流量信號，閉環控制反饋電機轉速，達到液壓系統動作需要多少液壓油就提供多少液壓油，系統負載是多大，液壓系統的壓力就能達到多大的要求，不提供多余的液壓油，從而達到最大節能的目的。由于系統沒有多余的液壓油從溢流閥中擠出，系統幾乎不產生熱量，油溫不會升高很多。
與單純動力泵區別在于，原動力泵輸出模式單一且恒定，而伺服控制系統，則是在油泵與伺服電機之間通過壓力傳感器與伺服控制器間的數學模型關系進行可控的閉環回路控制，因而，系統可以按照執行元件的需要改變伺服電機輸出功率大小或啟停，從而達到明顯節能效果。
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。
該系統也有兩種工作狀態：流量控制狀態和壓力控制狀態。
在流量控制狀態下，壓力傳感器所監測到的壓力小于設定的壓力，伺服馬達按流量控制狀態工作，即控制伺服馬達的轉速，使泵的輸出流量保持在設定值。流量控制狀態時，泵處于流量閉環控制狀態。
在壓力控制狀態下，壓力傳感器所監測到的壓力將達到或達到設定值時，伺服馬達按壓力控制狀態工作，即控制伺服馬達的轉速至最小，僅向系統控制泄漏或保壓所需的流量。此時泵處在壓力閉環控制狀態。
圖1 伺服節能液壓系統簡圖
電機伺服液壓系統具有以下優點：
1）、伺服系統根據系統的負載的要求，自動提供流量大小，適應壓力高低不浪費，不做無用功，所以省電效果非常明顯；閉回路控制，無高壓節流能量損失，省電節能效益可達65%；
2）、伺服節能系統的螺桿油泵效率高，無泄漏；
3）、內控型變量泵必需在14bar左右時才能處于可控狀態，而伺服節能系統則可以在1bar壓力下工作。
4）、采用高響應永磁同步伺服電機，液壓控制反應時間迅速；
5）、動力機構輸出的流量與油缸的流量相匹配，無高壓節流損失；
6）、液壓機構動作、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）、液壓系統閉回路控制，機械噪音降低，工作環境改善。
4 伺服控制器接線
本系統采用Inovance IS300系列伺服控制器，其動力及控制部分接線如圖。
圖2 伺服控制器主回路接線圖
圖3 伺服控制器模擬量給定及反饋信號接線圖
IS300系列伺服驅動器是專門為驅動永磁同步伺服電機（PMSM）而開發的一款伺服驅動器。IS300系列伺服驅動器容量范圍涵蓋廣（額定電流5A～300A），能夠完美地實現伺服油泵控制，亦能實現通用型伺服功能需求，是目前市場上性價比較高的中大功率伺服驅動器。
5 PLC控制程序
本系統采用美國ROCKWELL 1794系列PLC作為主控制器，通過遠程1734 I/O子站上的模擬量模塊及數字量模塊，給控制器提供壓力、流量給定值信號以及啟動使能信號，通過調節壓力流量的值，最終調試達到一個最佳效果，編程軟件是RSLogix 5000，部分程序如圖。
圖4 程序給定伺服控制器模擬量
圖5 程序給定伺服控制器使能數字量信號
6 結束語
本文對原有打包液壓系統存在的問題進行分析，進而提出了使用伺服控制系統替代原有單純動力泵的液壓系統，經過調試，系統現運行更加平穩，節能效果明顯，并減少液壓油油溫的升高，提高了生產效率。
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本文標題：伺服控制在打包機液壓系統中的應用
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