沖壓線中液壓機(jī)的變頻節(jié)能控制

文／田巍·天津市天鍛壓力機(jī)有限公司

沖壓線中液壓機(jī)的變頻節(jié)能控制

文／田巍·天津市天鍛壓力機(jī)有限公司

目前，節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)，隨著國(guó)家節(jié)能減排計(jì)劃的逐漸實(shí)施，工業(yè)企業(yè)在各個(gè)新建或改擴(kuò)建項(xiàng)目中都在嘗試用各種方法來(lái)降低企業(yè)能耗。工業(yè)企業(yè)中能耗最大的是各種電動(dòng)機(jī)設(shè)備，我國(guó)的電動(dòng)機(jī)用電量占全國(guó)耗電量的60％～70％，特別是風(fēng)機(jī)、水泵類設(shè)備，年耗電量占全國(guó)電力消耗的1/3，采用變頻控制器控制可以大幅度降低電機(jī)的能耗，為了符合節(jié)能減排的要求，變頻器的使用已經(jīng)成為各單位節(jié)能工作的重點(diǎn)。自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可以采集來(lái)自變頻器和各種傳感器的信號(hào)，并利用它們來(lái)控制變頻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變頻控制，節(jié)能效果非常好。

變頻控制方式

采用變頻器控制風(fēng)機(jī)或者泵類具有它本身的科學(xué)性，節(jié)能效率能達(dá)到30％左右，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制以及大電機(jī)的軟停、軟啟，避免了工頻啟動(dòng)時(shí)的電壓沖擊，減少了電動(dòng)機(jī)的故障率，延長(zhǎng)了使用壽命，降低了對(duì)電網(wǎng)的容量要求和無(wú)功損耗。常用的變頻控制方式是使用智能控制中心完成對(duì)變頻器的控制，如圖1所示。

目前，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中變頻器智能控制中心通常使用觸摸屏人機(jī)界面作為上位監(jiān)控裝置，通過(guò)PLC來(lái)完成變頻器及電機(jī)等設(shè)備的變頻控制。其中，PLC作為控制單元，有著強(qiáng)大的PID控制邏輯和數(shù)據(jù)采集能力，能夠很好地完成變頻控制工作。這種控制方式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，首先，所有現(xiàn)場(chǎng)變頻控制柜通過(guò)屏蔽電纜與PLC連接，各個(gè)變頻器通過(guò)PLC與外界進(jìn)行聯(lián)系；其次，PLC采用總線控制模式，利用分布著的各種信號(hào)采集模塊來(lái)采集變頻器和各種傳感器上的所有信號(hào)，如啟停信號(hào)和變頻輸入、輸出信號(hào)等；最后，各傳感器等通過(guò)屏蔽電纜將采集好的信號(hào)送入PLC。

圖1 變頻控制流程示意圖

信號(hào)采集模塊具有體積小、安裝方便的特點(diǎn)，能適應(yīng)各種不同的工況要求，在信號(hào)連接線、控制柜等方面都比較節(jié)省資源；采用屏蔽電纜，既避免了變頻器的線纜干擾，又保證了傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性，從而確保了變頻控制輸出的準(zhǔn)確。

圖2 變頻控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

沖壓線中液壓機(jī)變頻節(jié)能控制的實(shí)例

沖壓線中液壓機(jī)的變頻節(jié)能控制在鄭州宇通新能源汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)線液壓機(jī)油泵電機(jī)控制系統(tǒng)中得到了完美地體現(xiàn)，下面是該系統(tǒng)的整體介紹。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

鄭州宇通新能源汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)線由一大一小兩條線共10臺(tái)液壓機(jī)組成，每臺(tái)液壓機(jī)反饋服務(wù)編碼6103根據(jù)噸位不同含4～8臺(tái)45kW以上的大功率油泵電機(jī)。傳統(tǒng)油泵電機(jī)的控制系統(tǒng)采用星形—三角形啟動(dòng)控制，壓制信號(hào)到來(lái)時(shí)一直以工頻運(yùn)行，耗電量大，運(yùn)轉(zhuǎn)周期緩慢。本系統(tǒng)針對(duì)該狀況進(jìn)行了改進(jìn)。

圖3 變頻控制系統(tǒng)

項(xiàng)目系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

采用匯川變頻器、歐姆龍PLC、施耐德觸摸屏作為系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)行人機(jī)對(duì)話；硬件采用本公司自制的變頻控制柜組，通過(guò)信號(hào)采集模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓油泵的在線控制。

功能簡(jiǎn)介

如圖3所示，每一個(gè)主泵電機(jī)都有兩套啟動(dòng)回路：變頻啟動(dòng)模式與工頻星形—三角形啟動(dòng)模式，通過(guò)單刀雙擲開關(guān)來(lái)手動(dòng)選擇。

變頻模式：正常工作時(shí)單刀雙擲開關(guān)選擇到變頻模式，電機(jī)通過(guò)濾波器直接接到變頻器輸出側(cè)。變頻器設(shè)置高速和低速兩個(gè)頻率，當(dāng)空載啟動(dòng)時(shí)，KM21、KM22、KM23進(jìn)行星形—三角形轉(zhuǎn)換，當(dāng)KM21、KM23都吸合（即三角形聯(lián)結(jié)）時(shí)，變頻器輸出低速模式，此時(shí)電機(jī)在1.5s內(nèi)從0～25Hz的頻率直接啟動(dòng)；當(dāng)壓機(jī)動(dòng)作時(shí)，啟用高速模式，以50Hz的工頻運(yùn)行；當(dāng)壓機(jī)回到上死點(diǎn)人工上下料或空循環(huán)時(shí)，啟動(dòng)低速模式，以25Hz的頻率運(yùn)行。采用變頻模式運(yùn)行，可節(jié)電25％。

工頻模式：當(dāng)變頻器故障報(bào)警時(shí)單刀雙擲開關(guān)選擇到工頻模式，此時(shí)電機(jī)以常規(guī)的星形—三角形方式降壓?jiǎn)?dòng)并以工頻運(yùn)行。

整個(gè)變頻控制系統(tǒng)的監(jiān)控功能主要在觸摸屏畫面上完成，同時(shí)配以報(bào)警查詢系統(tǒng)、報(bào)表查詢系統(tǒng)、實(shí)時(shí)曲線顯示、歷史曲線顯示等功能。

結(jié)束語(yǔ)

該變頻控制系統(tǒng)節(jié)能可達(dá)25％以上，滿足了客戶對(duì)變頻調(diào)試控制系統(tǒng)的需求，使用方便、運(yùn)行穩(wěn)定，與同類型傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，其可靠性、工作效率及安全性也得到了極大地提高。變頻控制技術(shù)必將更多地應(yīng)用在各種生產(chǎn)系統(tǒng)中，成為工控領(lǐng)域節(jié)能改造技術(shù)中一顆閃亮的新星！

田巍，主要從事液壓機(jī)電氣控制方面的工作，曾獲國(guó)家實(shí)用新型專利一項(xiàng)。