數(shù)控加工設(shè)備的節(jié)能降耗研究

何維 李成

摘 要：本文針對(duì)數(shù)控加工設(shè)備，從能耗的角度出發(fā)，對(duì)設(shè)備在加工和待機(jī)狀態(tài)時(shí)輔助電器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行精確控制，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的，提升經(jīng)濟(jì)效益，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；待機(jī)能耗；節(jié)能降耗；電流監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）14-0035-02

Application of Energy Saving and Consumption Reduction in

NC Machining Equipment

HE Wei LI Cheng

（Shaanxi Fast Automotive Ttransmission Group Co.， Ltd.，Xi'an Shaanxi 710119）

Abstract： From the point of view of energy consumption， this paper made precise control of the operating state of the auxiliary electrical apparatus during the processing and standby state of the NC machining equipment， in order to achieve the purpose of saving energy and reducing consumption， and to improve the economic benefit， and reduce the production cost while guaranteeing the quality of the products.

Keywords： NC processing equipment；standby energy consumption；energy saving and consumption reduction；current monitoring

數(shù)控設(shè)備的電能消耗是目前機(jī)加工企業(yè)主要的能源消耗，尤其是數(shù)控機(jī)加工生產(chǎn)線[1]。筆者以所在公司生產(chǎn)車間為例，擁有各種數(shù)控設(shè)備將近1 200臺(tái)，平均每月消耗電能130萬kW·h，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，輔助電器仍在運(yùn)行并消耗電能，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。因此，考慮對(duì)數(shù)控設(shè)備的待機(jī)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)方式進(jìn)行優(yōu)化，在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下節(jié)約電耗，降低成本。

1 問題研究與分析

數(shù)控加工設(shè)備在操作人員離開后，設(shè)備不工作處于空閑期，但設(shè)備的液壓、伺服以及各種外部電器仍在消耗大量的電能。筆者所在公司對(duì)數(shù)控車床及數(shù)控滾齒機(jī)空閑期的待機(jī)電流進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)果顯示數(shù)控車床待機(jī)電流6.6A，數(shù)控滾齒機(jī)待機(jī)電流高達(dá)20.3A；數(shù)控車床待機(jī)時(shí)電能消耗為3.47kW·h，數(shù)控滾齒機(jī)待機(jī)時(shí)電能消耗為6.18kW·h。通過對(duì)設(shè)備待機(jī)時(shí)間的觀察和統(tǒng)計(jì)，平均每天交接班時(shí)設(shè)備待機(jī)200min，中午午餐休息時(shí)設(shè)備待機(jī)70min，因工件送測(cè)，去庫房借用刀、夾、量、輔，給機(jī)床加油加液等各種原因，員工短暫離開生產(chǎn)線平均每天30min，平均每天設(shè)備待機(jī)時(shí)間高達(dá)300min。每臺(tái)數(shù)控車床每天待機(jī)消耗電能17.35kW·h。筆者所在公司共有各種數(shù)控車床200多臺(tái)，每天設(shè)備空閑期電能消耗3 470kW·h。

因此，如何解決設(shè)備待機(jī)時(shí)的電能消耗問題，并減少由此帶來的損失成為一道難題[2]。經(jīng)過研究，筆者所在公司決定利用數(shù)控系統(tǒng)PMC時(shí)間控制和邏輯控制功能，采用系統(tǒng)邏輯控制方式判斷設(shè)備是否處于無人操作狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備處于無人操作時(shí)，時(shí)間繼電器開始工作，兩者聯(lián)合控制設(shè)備的無人使用狀態(tài)和時(shí)間，同時(shí)使用期間虛擬繼電器控制設(shè)備輸出線圈，達(dá)到精確控制的目的。

2 改進(jìn)方法

2.1 判斷設(shè)備是否處于無人操作狀態(tài)

判斷設(shè)備處于運(yùn)行中還是空閑期，需要對(duì)FANUC系統(tǒng)的F0.5信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)[3]，當(dāng)未處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，取該點(diǎn)的反信號(hào)作為判斷的閑置依據(jù)之一，還應(yīng)手動(dòng)調(diào)試狀態(tài)或編輯狀態(tài)等，得出是否有人操作設(shè)備。

2.2 采用FANUC SUB 24時(shí)間繼電器進(jìn)行計(jì)時(shí)控制

選用FANUC SUB 24 TMRB時(shí)間繼電器，該繼電器時(shí)間設(shè)定范圍寬，改變靈活方便，不占用設(shè)備精確SUB 3 TMR時(shí)間繼電器[4]，在兩臺(tái)試點(diǎn)設(shè)備設(shè)定5min無人操作后輸出控制信號(hào)。

2.3 實(shí)現(xiàn)對(duì)外部耗能部件的控制

對(duì)韓國(guó)大宇數(shù)控車梯形圖進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備液壓系統(tǒng)存在反饋信號(hào)X 5.0，緊急停止信號(hào)為X 8.4。當(dāng)X 5.0出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)緊急停止?fàn)顟B(tài)，外部伺服驅(qū)動(dòng)器等處于緊急停止且掉電的狀態(tài)。要實(shí)現(xiàn)該程序，需要中間繼電器R，因此，選擇廠商沒有使用的R繼電器作為程序的中間變量。

2.4 根據(jù)試運(yùn)行情況對(duì)程序進(jìn)行完善

把兩臺(tái)設(shè)備作為試點(diǎn)，控制空閑時(shí)間設(shè)定為5min，設(shè)備外部器件停止工作，但現(xiàn)場(chǎng)使用中出現(xiàn)頻繁停機(jī)，操作工稍微停頓就會(huì)出現(xiàn)停止。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)10min左右相對(duì)工人生產(chǎn)停頓時(shí)間比較合理，解決了實(shí)際使用過程中頻繁停機(jī)的問題。

設(shè)備待機(jī)計(jì)時(shí)控制報(bào)警后操作工需要按下急停按鈕，并使旋轉(zhuǎn)急停按鈕處于正常狀態(tài)。按下報(bào)警復(fù)位鍵后，啟動(dòng)液壓才可以進(jìn)行正常生產(chǎn)，導(dǎo)致每次報(bào)警后設(shè)備恢復(fù)生產(chǎn)比較煩瑣。小組經(jīng)過對(duì)廠商梯形圖進(jìn)行研究，改進(jìn)PMC程序，實(shí)現(xiàn)報(bào)警后按液壓?jiǎn)?dòng)鍵后報(bào)警等一鍵式自動(dòng)啟動(dòng)，解決了操作工的煩瑣操作，改善了因此帶來的一些不方便操作因素。

2.5 將完善后的情況在同類設(shè)備上推廣

兩臺(tái)試點(diǎn)設(shè)備試運(yùn)行一段時(shí)間后，該程序能夠在不改變?cè)O(shè)備線路的情況下達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，而且零投入、更改方便快捷，控制穩(wěn)定精確，不影響設(shè)備的正常運(yùn)行和員工的操作。

實(shí)驗(yàn)成功后筆者所在公司組織人員在同類設(shè)備上推廣，使所有數(shù)控設(shè)備達(dá)到節(jié)約能源的效果。

3 效果驗(yàn)證

實(shí)施改善前后，對(duì)程序控制液壓、伺服、輔助電器的數(shù)控滾齒機(jī)待機(jī)電流進(jìn)行實(shí)測(cè)，改善前后數(shù)控車床和數(shù)控滾齒機(jī)電流對(duì)比效果如圖1和圖2所示。

通過對(duì)實(shí)施改善的設(shè)備進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，改善實(shí)施前后設(shè)備空耗時(shí)間的對(duì)比如表1所示。

數(shù)控設(shè)備PMC程序控制關(guān)閉液壓、伺服電機(jī)以及機(jī)床各輔助電器后，每小時(shí)單臺(tái)電能消耗1.02kW。若每天節(jié)電4h，設(shè)備因空耗造成的電能損失為10.17kW，比活動(dòng)實(shí)施前電能消耗30.45kW降低66.6%。筆者所在公司1 200臺(tái)的數(shù)控加工設(shè)備節(jié)能降耗已推廣完成，平均每月節(jié)省電能消耗4.8萬kW·h，每年可綜合節(jié)能約70.8t標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳574.2t。

4 結(jié)語

從計(jì)劃實(shí)施到推廣完畢，經(jīng)過多輪實(shí)驗(yàn)，制訂多個(gè)方案，最終找到了適合筆者公司現(xiàn)狀的合理方案。項(xiàng)目實(shí)施完成后，效果良好，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，產(chǎn)品質(zhì)量無任何影響，且降低了電耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)峻.數(shù)控機(jī)床安裝調(diào)試與維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]王炳實(shí)，王蘭軍.機(jī)床電氣控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[3]王浩.數(shù)控機(jī)床電器控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[4]葉暉.圖解NC數(shù)控系統(tǒng)——FANUC Oi系統(tǒng)維修技巧[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.