一種新型淬火機的設(shè)計研發(fā)

曲武廣

摘 要：本文研發(fā)設(shè)計了一種節(jié)能省電、綠色環(huán)保且有利于電網(wǎng)長久使用的淬火機，其主要由驅(qū)動裝置、定型淬火結(jié)構(gòu)以及位于淬火機底部的裝載有淬火液的淬火池組成。同時，淬火機還包括控制變頻器泵工作狀態(tài)的PLC控制器。該淬火機能有效避免空載時不必要的電能浪費，綠色環(huán)保。

關(guān)鍵詞：淬火機;PLC控制;變頻器

中圖分類號：TG155.3;TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）16-0065-02

Abstract： This paper developed and designed a quenching machine which can save energy， save electricity， protect environment and benefit the long-term use of power grid. It mainly consists of driving device， setting quenching structure and quenching tank with quenching liquid at the bottom of the quenching machine. At the same time， the quenching machine also includes a PLC controller which controls the working state of the frequency converter pump. The quenching machine can effectively avoid unnecessary waste of electric energy when no load， and is green and environmental protection.

Keywords： quenching machine;PLC control;frequency converter

1 研究背景

淬火機主要由液壓作為驅(qū)動動力，用于對加熱后的工件定性冷卻的裝置。在進(jìn)行工件加工時，可能出現(xiàn)某個環(huán)節(jié)堵塞造成工件不能及時供應(yīng)，這時淬火機處于空載狀態(tài)，而淬火機內(nèi)的泵油泵仍然以工作頻率運轉(zhuǎn)，造成電能浪費。尤其是在流水線生產(chǎn)中，若干個淬火機一同工作，工件一旦供應(yīng)不足，若干個淬火機同時處于空載，造成的浪費更加嚴(yán)重。現(xiàn)有的泵油泵在啟動或關(guān)閉瞬間對電網(wǎng)造成很大沖擊，加速了電網(wǎng)和供電設(shè)施的老化[1]。

針對上述問題，本文研發(fā)設(shè)計了一種節(jié)能省電、綠色環(huán)保且有利于電網(wǎng)長久使用的淬火機。該淬火機主要采用PLC控制器對淬火機的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

2 設(shè)計內(nèi)容和結(jié)構(gòu)

本文研究設(shè)計的淬火機主要由驅(qū)動裝置、定型淬火結(jié)構(gòu)以及位于淬火機底部的裝載有淬火液的淬火池組成。驅(qū)動裝置主要為液壓裝置，為定型淬火結(jié)構(gòu)提供動力。液壓裝置主要包括供油池、位于供油池的泵油泵以及通過供油管與供油池連接的液壓缸;泵油泵前端設(shè)有變頻器。淬火機還包括控制變頻器泵工作狀態(tài)的PLC控制器，PLC控制器是由一個觸控屏組成[2]。圖1是淬火機的連接示意圖。

淬火機通過變頻器的設(shè)置使得泵油泵可以根據(jù)工作狀態(tài)改變輸出能耗的大小，從而能達(dá)到節(jié)能省電、綠色環(huán)保的目的，同時有利于電網(wǎng)的維護(hù)。變頻器的輸出頻率控制有以下三種方式。

①操作面板控制方式。該方式是通過操作面板上的按鈕手動設(shè)置輸出頻率的一種操作方式。具體操作方法有兩種：一是按面板上頻率上升或頻率下降的按鈕調(diào)節(jié)輸出頻率;二是通過直接設(shè)定頻率數(shù)值調(diào)節(jié)輸出頻率。

②數(shù)字量控制方式。變頻器常設(shè)有多段頻率選擇功能。各段頻率值通過功能碼設(shè)定，頻率段的選擇通過外部端子選擇。變頻器通常在控制端子中設(shè)置一些控制端，這些端子的接通組合可通過機外設(shè)備，如PLC控制實現(xiàn)。

③模擬量控制方式。為了方便與輸出量為模擬電流或電壓的調(diào)節(jié)器、控制器的連接，變頻器還設(shè)有模擬量輸入端。當(dāng)接在這些端口上的電流或電壓量在一定范圍內(nèi)平滑變化時，變頻器的輸出頻率在一定范圍內(nèi)平滑變化。

然而，上述方法控制方法均存在較大局限：接線多且傳送的信息量有限。

為了解決上述問題，本文對淬火機PLC控制器監(jiān)控變頻器進(jìn)行重點設(shè)計。通信時使用的接線少，傳送的信息量大，且可以連續(xù)地對多臺變頻器以及泵油泵進(jìn)行監(jiān)控和控制，還可以通過通信修改變頻器參數(shù)，從而控制泵油泵的工作，實現(xiàn)多臺變頻器、泵油泵的聯(lián)動控制和同步控制[3]。淬火機控制信號的傳遞如圖2所示。

變頻器可以采用西門子的MicroMaster440/420（以下簡稱為MM440/420）。該變頻器是用于三相交流電動機調(diào)速的系列產(chǎn)品，由微處理器控制，采用絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）作為功率輸出部件，具有很高的運行可靠性和很強的功能。其采用模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，有多種完善的變頻器和電動機保護(hù)功能，有內(nèi)置的RS-485/232C接口和用于簡單過程控制的PI閉環(huán)控制器，可以根據(jù)用戶的特殊需求對I/O端子進(jìn)行功能自定義。快速電流限制（FCL）改善了動態(tài)響應(yīng)特性，低頻時也可以輸出大力矩。

用戶在設(shè)置變頻器參數(shù)時，可以選用價格便宜的基本操作面板（BOP），或具有多種文本顯示功能的高級操作面板（AOP）。AOP最多可以存儲10組參數(shù)設(shè)定值。

MM420的輸出功率為0.12～11kW，適合于各種變速傳動，尤其適合于作水泵、風(fēng)機和傳送帶系統(tǒng)的驅(qū)動控制。

本文設(shè)計的淬火機可以選用MM420變頻器，其功率為3kW。采用接線和控制都比較方便的USS通信方式，通過串口與PLC控制器連接。通過PLC控制器的設(shè)置，簡單實現(xiàn)變頻器的靈活控制。

另外，淬火機通過PLC控制器觸控屏的設(shè)置提供了一種操作簡單、使用方便，大眾熟悉的控制指令輸入接口，提高了淬火機的使用性能。

3 結(jié)論

本文研發(fā)設(shè)計的淬火機以液壓裝置為驅(qū)動裝置，具有動力輸出平穩(wěn)、控制精確的特點。同時，采用在泵油泵前端設(shè)置變頻器的設(shè)計，有效避免了淬火機空載時不必要的電能浪費，綠色環(huán)保，且在變頻器控制下泵油泵的逐步啟動以及關(guān)閉能有效延長電網(wǎng)壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉玠，孫一康.帶鋼熱連軋機算機控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

[2]陸之諤，蔡林松，趙愛菊.淬火線冷卻水流量自動控制[J].北京交通大學(xué)學(xué)報，1996（4）：513-516.

[3]蘇建明，王京，郭強.智能自適應(yīng)逆控制在無壓式淬火機上的應(yīng)用[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2003（5）：24-25.