现代液压系统通过电气化和变频器的应用，实现了显著的节能效果，降低了噪音，并通过PLC的集成，提升了精度和控制能力。

　　液压早已不再是过去那种嘈杂、低效的老旧技术。在制造业中，我们曾经畅想的“未来”已随着机器与元件的革命性创新而到来，并正向运营过程释放积极影响。当下，整个行业聚焦于液压流程的电气化，以及对更高控制精度、更大节能幅度和更佳数据分析能力的共同追求。如今的技术已能同时满足这些需求，使设备效益与产出达到最大化。

　　影响液压行业的四大核心要素包括电气化、变频器（VFD）应用、智能液压动力单元（HPU）以及利用功率密度优势。这四大要素均与液压系统电气化的核心目标与趋势紧密相连：节能。

　　电气化解决方案有助于使液压系统更易于理解和集成到系统中。节能、环保和技术优势是液压过程电气化时要考虑的三个关键因素。当过程电气化时，您可以通过实施变频驱动系统来按需供电，以节省能源。技术优势包括能够以更高的效率、精度和可重复性运行。借助电气化连接，操作员可实时掌握设备信息，从而减少停机时间。

　　通过可编程逻辑控制器（PLC）的集成，液压系统可通过现场总线与控制系统连接，从而提升精度。系统性能因精度提高而增强，同时具备灵活、快速适应变化（压力、流量、位置、力）的能力。此外，由于工厂的物理空间往往有限，将电动液压系统集成到设备中，可以减少其运行所需的空间并降低维护需求。

　　现代化的液压系统可以具有许多不同的功能。它可以整合到使用基于以太网的通信操作中，通过变频器连接到电机泵组。此过程还可以包括安装用于数据分析的传感器，以更好地了解机器内部发生的情况。这种全面集成利用技术优势，借助液压系统的高功率密度特性，实现高力矩和高功率密度的执行。 

　　变频器在工业自动化中广泛用于调节交流电机的转速与转矩：通过改变供给电机的交流频率与电压，控制泵轴输出转速。在液压应用中，变频器可以有多种用途，特别是降低噪音，因为即使在怠速时电机的速度也会减慢。泵在闲置时减速也会降低能耗，不再浪费和释放热量。随着泵旋转的减少，维护需求的减少也发挥了作用，从而延长了组件的使用寿命。

　　由于液压机的速度和输出流量增加，借助变频器可以使用更小的泵和电机来满足同等功率要求。这减小了机器中液压系统的尺寸以及运行所需的冷却液量。使用变频器的另一个优势在于其额外的控制维度，即电机的转速与流量直接对应，从而也能控制压力。

　　变频器可应用于不同场景，需在评估设备的工作周期后确定其适用性。在液压系统中，变频器在间歇性、空转循环中表现优异，可提升整体节能效果并降低噪音。液压系统中变频器的最佳应用场景包括机床、冶金、压铸、木工/造纸、压机及塑料加工设备。

　　通过将组件改为变频器，可实现四种级别的节能水平。

　　第一级节能方案，是节能效果最低的恒压控制系统。这是能耗最高的水平，因为它同时涉及恒定泵的输出流量和恒定电动机的能耗。

　　进一步改进并添加变频泵后，第二级节能效果体现在变频泵与恒定电机的组合上。变频泵通过补偿较低的需求来减少流量，从而实现节能，尽管电动机始终以全速运转。

　　第三级节能方案采用可变流量泵和变频器。由此带来的流量和转速降低进一步节省了能源。

　　第四级节能方案，也是最优、最高效的节能水平，是在上述配置基础上再加上一台仅在必要时提供流量的减速泵。

　　智能液压动力单元（HPU）包括一个连接到泵的电机、连接到歧管以提供额外功能的软管以及一个容纳油的储油罐。总体而言，HPU 的关键功能是向执行器（气缸或液压马达）提供压力和流量。这需要一个电气外壳来连接和控制电机泵栅极、阀门和数据。

　　与全速运行的传统动力装置相比，智能HPU通过变频器实现变速功能，从而提供无限可调性和速度。智能HPU还提供此接口，便于对动力单元进行调试和使用。此外，智能HPU内置了针对机器液压系统的预设逻辑，从而减少了PLC中需要编程的内容。如果应用了这些功能，功率/无功功率（P/Q）指令将根据需求实现闭环控制，并管理动力单元的运行状态（图1）。

▲智能 HPU 具有特定于机器液压系统的预编程逻辑，从而减少了在 PLC 中编程的工作。如果应用了这些功能，P/Q 命令将按需执行所有闭环控制并管理动力装置的运行状况。

　　最后，智能HPU通过传感器获取大量数据，这些数据能揭示机器不同部件的详细信息。借助此类洞察，您可以通过维护工作更快速地诊断机器故障。为了实现液压系统的模块化，电气功率必须与变频器的电流输出相匹配。因此，必须确保电机不会限制整体输出，这使得变频器在此过程中非常重要。

　　在液压系统中，物理原理可作为优势用于处理冲击载荷，其特点是压缩性极低且功率密度高。液压系统的压缩性极低，约为每1,000 psi仅0.05%。相比之下，气动系统的空气具有很高的可压缩性，这使得在流体可压缩的情况下难以实现控制或稳定性，类似于手风琴或弹簧的工作原理。虽然液压系统中也存在一定的弹性，但其弹性非常小，这使得它在不同应用中更容易操作。由于这种微小的弹性和可压缩性，液压系统在机器施加负载时能够更优雅地处理冲击，相比机械机构更具优势。

　　液压系统具有极高的功率密度，仅需少量油即可产生大量动力，从而在更小的体积内实现更高的作用力。所有这些特性加上输入阶跃波或指令，使液压系统能够在精确的位置和作用力下稳定地启停。

▲伺服液压执行器拥有强大的同步电机、固定的紧凑型集成泵、压力和位置传感器、歧管、气缸和在封闭系统中存储气缸杆的差动油量的蓄能器。

　　气动解决方案在很多应用领域都非常受欢迎。气动缸结构简单且经济实惠，能够快速实现活塞的伸缩运动。机电解决方案通常由伺服电机驱动，可实现非常快速、精准且简单的控制。使用该方案可产生强大的冲击力和扭矩。最后，传统液压解决方案可通过极低的压缩性实现极高的扭矩和精准定位。若设备维护良好，其自润滑特性可带来较长的使用寿命，且液压系统在每磅扭矩成本上比其他方案更具优势。

　　由于最近的技术进步，现在市场上出现了这些解决方案的组合，有时称为伺服液压执行器 （SHA）。它结合了前三个解决方案的优势：大力矩、抗冲击能力、润滑性、精度和低成本。SHA结构简单，采用电力驱动，易于控制，并且由于其自给式设计和紧凑的压缩体积，速度非常快。

　　每个SHA内部的结构才是真正决定其性能的关键。SHA配备了强大的同步电机、固定的紧凑型集成泵、压力和位置传感器、歧管、气缸以及在封闭系统中存储气缸杆的差动油量的蓄能器。SHA还能提供不同级别的力，通过确定所需级别并使用小型或大型气缸来实现。这些SHA与电气机械执行器外观相似，但PLC可将位置和力传递给驱动器，使气缸或执行器来回伸缩。随着工业自动化的发展，新型技术如SHA将应用于更多操作。

　　■ 整个行业聚焦于液压流程的电气化，以及对更高控制精度、更大节能幅度和更佳数据分析能力的共同追求。

　　■ 采用智能液压动力单元可简化调试流程，并通过丰富的数据分析实现更快速的设备故障诊断。

　　工业液压系统的未来有哪些发展趋势？