變頻技術在液壓節(jié)能中的應用

柳玉杰，蘆明義，尹 濤

（海信（山東）冰箱有限公司制造中心裝備部，山東青島 266700）

變頻技術在液壓節(jié)能中的應用

柳玉杰，蘆明義，尹 濤

（海信（山東）冰箱有限公司制造中心裝備部，山東青島 266700）

目前海信冰箱公司正大力推進節(jié)能降耗工作，并將單臺設備能耗作為一項重要指標。改造旋轉(zhuǎn)發(fā)泡干機液壓站，增加變頻控制，實現(xiàn)節(jié)能降耗目的，降低企業(yè)用電量。

液壓站；變頻；節(jié)能降耗

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.29

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源的供給已經(jīng)成為很大的瓶頸。對于企業(yè)來講，電費開支作為企業(yè)四項最大成本之一，直接影響著公司利潤。目前海信冰箱公司制造中心正大力推進節(jié)能降耗工作，并將單臺設備能耗作為一項重要指標，通過鼓勵與開展各種形式的工作，對電費方面的支出進行控制，從而降低生產(chǎn)成本，來達到節(jié)能降耗的目的。

制造中心大風冷線門體發(fā)泡1#～6#機干機設備共有6臺11 kW電機驅(qū)動液壓站。控制柜上的液壓站啟動按鈕按下后，電機啟動運行，利用溢流閥的通斷將壓力控制在（10～11）MPa，當門發(fā)干機不工作時（時間很長），電機為空載狀態(tài)，而電機仍以工頻運行，造成電能的大量浪費。因此本文以門發(fā)干機液壓站為研究對象，通過分析原設備的運行信號，增加變頻器，實現(xiàn)設備空載時電機停轉(zhuǎn)，滿載時頻率可調(diào)，既滿足生產(chǎn)要求，又減少了電能損耗，并編寫PLC程序，當變頻器故障時，進行報警顯示。

1 干機液壓站現(xiàn)狀

1.1 運行狀態(tài)

通過統(tǒng)計正常運行時液壓站的工作節(jié)拍，發(fā)現(xiàn)對于1#和2#干機，一個夾具完成全部動作時需要92 s，其中50 s為工人正常操作的時間，占比54.35%；對于3#～6#機，一個夾具完成全部動作時需要總63.38 s，其中21.28s為工人正常操作的時間，占比33.58%，在這些時間內(nèi)電機無需向外提供壓力，為空載狀態(tài)，而液壓站仍以工頻運行，存在大量電能浪費而統(tǒng)計的這個時間還不包括工人因為其他原因（如清理潤滑槍頭、清理模具等）額外占用的時間。

1.2 運行分析

干機液壓站的電機使用380 V電壓供電，分別由原電控柜內(nèi)的主控PLC控制啟停，為直接控制方式。在正常工作時不論干機是否運行，當干機控制柜上的液壓站啟動按鈕按下后，電機一直以工頻轉(zhuǎn)速運行，但只有在油缸需要動作時才對外輸出，并且主油路上有卸荷閥。

通過查找卸荷閥對應的PLC輸出點，并在程序里查到相應程序（圖1），由程序可知，當其他閥有動作信號時卸荷閥才動作，當其他閥動作完成，延遲3 s后卸荷閥關閉，因此可以通過卸荷閥的動作與否來判斷液壓站是滿載狀態(tài)還是空載狀態(tài)。

圖1 PLC程序

2 變頻控制

2.1 變頻控制介紹

隨著工業(yè)自動化程度的提高，變頻調(diào)速技術已經(jīng)日趨成熟。由于企業(yè)在生產(chǎn)過程中有大量的風機、水泵等設備一直在工頻狀態(tài)下運行，單純地利用閘閥控制風量、流量，結果損失了大量的電能。而改為變頻調(diào)節(jié)后，通過改變電機的轉(zhuǎn)速（改變電機的輸出功率）來調(diào)節(jié)風量、流量，而功率和轉(zhuǎn)速的平方成正比，因此大大減少了損耗，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。據(jù)統(tǒng)計采用變頻控制后對風機、泵類負載的節(jié)能效果最明顯，其節(jié)電率在20%～60%。

另外變頻器還可以控制電機的啟動電流，降低電力線路電壓波動：當電機工頻直接啟動時將會產(chǎn)7～8倍的電機額定電流，這個電流值將大大增加電機繞組的電應力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機的壽命；而變頻調(diào)速是按照V/F或矢量控制方式帶動負載進行工作的，甚至可以在零速零電壓條件下啟動，降低啟動電流，提高繞組承受力，使電機的維護成本將進一步降低，而電機的壽命則會相應增加。

2.2 變頻方案確定

選用AB公司的PF753系列變頻器，容量為15 kW。主電路圖如圖2a所示，虛線框內(nèi)是原控制柜器件，為了防止變頻器故障，影響設備正常運行，保留工頻運行，通過轉(zhuǎn)換開關，當變頻器故障時，切換為工頻運行模式，保障正常生產(chǎn)，如圖2b所示。圖2c為變頻器接線圖，其中KA是原控制柜控制卸荷閥繼電器（PLC的輸出點Q13.3），DI2是變頻器的一步速，DI1是變頻啟動端子，+24 V是變頻器多功能輸入信號公共端，ROC，RONO是變頻器故障報警的常開點，當變頻器故障時，驅(qū)動變頻故障外接中間繼電器KA1，同時蜂鳴器報警，中間繼電器KA1的17，18號觸點接入PLC的輸入點I0.0，通過編寫組態(tài)軟件，在操作臺的觸摸屏上顯示報警信息（圖3）。

3 運行記錄

圖2 變頻器控制電路

圖3 PLC與觸摸屏組態(tài)

圖4 改造后設備

改造后設備如圖4所示，將滿載時頻率設置為47 Hz，空載時停轉(zhuǎn)，通過增加電能表，每天對液壓站的工作狀態(tài)進行切換，并抄表記錄耗電量（表1）。分析數(shù)據(jù)可知，1#機節(jié)能約26.8%，2#機節(jié)能約27.3%，3#機節(jié)電約18.8%，4#機節(jié)電約29.7%，5#機節(jié)電約15.2%，6#機節(jié)電約23.5%，平均節(jié)電25%左右。

表1 改造前后耗電量對比

4 結語

依靠變頻技術，針對原設備空運轉(zhuǎn)時間長、耗電多的問題，通過分析液壓站工作原理，選取卸荷閥的通斷信號作為變頻控制信號，實現(xiàn)了門發(fā)干機液壓站變頻節(jié)能的目的，另外為防止變頻器故障影響生產(chǎn)，又增加了變頻與工頻轉(zhuǎn)換的功能，當故障時，切換為工頻狀態(tài)，保障正常生產(chǎn)。改造運行以來，通過抄表統(tǒng)計用電情況，節(jié)電25%，大大降低了企業(yè)的用電量，提高了企業(yè)的核心競爭力，已在冰箱公司內(nèi)部進行推廣使用。

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〔編輯 凌 瑞〕