一種優化的沖壓線主電機節能控制方式

文/黃永普·廣汽乘用車有限公司宜昌分公司

作為沖壓車間最大的能耗來源，生產設備的能耗主要為沖壓車間內部的壓力機能耗，壓機主電機為最主要的能耗設備。本文提出了一種優化的沖壓線主電機節能控制方式，通過主動和人工兩種方式去降低沖壓線壓機的待機時主電機轉速，從而達到降低待機能耗的效果。經驗證，在滿足產線生產工藝需要的同時，每月能有7%的能源節約。

當前節能減排工作是國際社會關注的問題,也是汽車行業面臨的關鍵問題。面對嚴峻的社會形勢和行業空前的競爭壓力，我司積極推進能源管理戰略，在承擔節能減排社會責任的同時，降低制造成本、提升利潤空間。

數據表明，沖壓車間能耗約占汽車制造車間總能耗的16%，以A 車企20 萬產能的沖壓車間為例，其年用電成本約占35%，是生產成本的重要組成部分之一。對此車間能源管理要在保證“安全”“可靠”“穩定”“高質量”“綠色”的能源供給的同時，節能降耗，消除一切不合理的浪費。沖壓車間從能耗最大的壓力機入手，通過優化主電機的控制方式和待機時主電機轉速的方式降低生產過程中壓力機主電機能耗，推動沖壓車間能源精細化管理

沖壓車間能耗構成分析

結合沖壓車間的能耗特點，將其分為照明、空調、壓縮空氣、冷凍水及生產設備能耗五部分。其中，壓縮空氣能耗則是沖壓生產過程除了壓機動作能耗外還包含模具沖壓過程中需要的壓縮空氣能耗，冷凍水為車間環境冷卻使用的冷源能耗，生產設備能耗為在主線沖壓生產、調試、故障待機等過程的能耗。

選取A 車企的沖壓車間進行能耗統計，數據表明沖壓車間能耗中生產設備能耗占67.42%，占比最高。作為沖壓車間最大的能耗來源，生產設備的能耗主要為沖壓車間內部的壓力機能耗，選取1000t 機械壓力機進行分析。

機械壓力機的能耗為主驅動電機、潤滑及液壓電機、工位照明及壓機電柜損耗等，其中主驅動電機為155kW(2000t 機械壓機主電機功率為435kW)占總裝機功率的75%，由此相比于潤滑及液壓電機，壓機主電機為最主要的能耗設備。滑塊調整電機及液壓保護電機、工作臺行走電機等根據設備運行需要開啟，在日常使用過程中，其驅動特點決定了這類設備缺乏節能的潛力。綜合以上考慮，主要分析主電機的節能潛力，通過降低轉速可以有效降低能耗。

壓機主電機控制方式

汽車生產中所使用到的壓機主傳動通常呈前后方向布置，共分三級減速。第一級為M 形多楔帶傳動，第二級為高速級齒輪傳動，第三級為低速級齒輪傳動，由此，其不同的電機轉速將直接對應不同的壓機行程，所以考慮在壓機行程方面進行節能優化。目前的沖壓線主要有連續線和斷續線，本文的分析主要針對斷續線。斷續線的壓機轉速是固定的，生產、異常停機和待機的時候，壓機主電機的轉速不變。

沖壓線主電機節能控制方式創新過程

創新前的情況

異常停機后，主電機會持續以固定轉速空運轉；待機時，主電機也會持續以固定轉速空運轉。

改善對策制定

⑴不同轉速下壓機主電機空載能耗分析如圖1 所示。按照程序邏輯，壓機主電機開啟后，會一直以固定的轉速運轉。這樣即使待機的時候，壓機的主電機仍以固定轉速運轉。對此進行了壓機空載時的能耗測試。

圖1 壓機空載能耗

⑵主電機加速時間分析如圖2 所示。按照降速優化方向，需要重點優化壓機加減速時的時間，避免降速后恢復時間過長，影響到整線的生產效率。對此進行了壓機空載時的主電機加速時間。

圖2 主電機加速時間

創新改善步驟

⑴解決異常停機后，主電機會持續以固定轉速空運轉。為了解決異常停機后，主電機會持續以固定轉速空運轉造成的能源浪費，在每一臺壓機中增加異常停機3 分鐘之后，主電機自動降速。

⑵解決待機時，主電機會持續以固定轉速空運轉。1)為了解決待機過程中，主電機空運轉帶來的能源浪費，在線體總控程序中增加一鍵降速和一鍵關主電機功能。2)HMI 控制面板新增整線節能一鍵降速和一鍵關主電機，線首新增一鍵降速和一鍵關主電機按鈕，機長可以方便快捷操作，如圖3 所示。

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創新改善驗證

單臺壓機或主線出現異常停機后，會自動進入空運轉計時，當達到3 分鐘后，壓機會自動進入降速模式。整線再次循環啟動，壓機會自動退出降速模式，恢復到生產速度。總控畫面增加一鍵降速和一鍵關機，當出現計劃停止時，機長可以根據計劃停機時長，快速降低整線壓機行程次數，或一鍵關閉主電機，從而達到節能效果。不同功能區域節能效果數據見表1。

表1 不同功能區域節能效果

結束語

本次創新提出了一種優化的沖壓線主電機節能控制方式。主電機作為沖壓車間最大的能耗設備，對其精細化管理是實現沖壓生產節能的必由之路。通過對主電機控制方式的優化和待機的行程次數調整，盡可能地避免了能源浪費現象，有利于企業的節能降耗，從而最大化降低生產成本。