一種新型淬火機的設計研發

曲武廣

摘 要：本文研發設計了一種節能省電、綠色環保且有利于電網長久使用的淬火機，其主要由驅動裝置、定型淬火結構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，綠色環保。

關鍵詞：淬火機;PLC控制;變頻器

中圖分類號：TG155.3;TP273文獻標識碼：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動動力，用于對加熱后的工件定性冷卻的裝置。在進行工件加工時，可能出現某個環節堵塞造成工件不能及時供應，這時淬火機處于空載狀態，而淬火機內的泵油泵仍然以工作頻率運轉，造成電能浪費。尤其是在流水線生產中，若干個淬火機一同工作，工件一旦供應不足，若干個淬火機同時處于空載，造成的浪費更加嚴重。現有的泵油泵在啟動或關閉瞬間對電網造成很大沖擊，加速了電網和供電設施的老化[1]。

針對上述問題，本文研發設計了一種節能省電、綠色環保且有利于電網長久使用的淬火機。該淬火機主要采用PLC控制器對淬火機的控制系統進行控制。

2 設計內容和結構

本文研究設計的淬火機主要由驅動裝置、定型淬火結構以及位于淬火機底部的裝載有淬火液的淬火池組成。驅動裝置主要為液壓裝置，為定型淬火結構提供動力。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;泵油泵前端設有變頻器。淬火機還包括控制變頻器泵工作狀態的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置使得泵油泵可以根據工作狀態改變輸出能耗的大小，從而能達到節能省電、綠色環保的目的，同時有利于電網的維護。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節輸出頻率;二是通過直接設定頻率數值調節輸出頻率。

②數字量控制方式。變頻器常設有多段頻率選擇功能。各段頻率值通過功能碼設定，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置一些控制端，這些端子的接通組合可通過機外設備，如PLC控制實現。

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節器、控制器的連接，變頻器還設有模擬量輸入端。當接在這些端口上的電流或電壓量在一定范圍內平滑變化時，變頻器的輸出頻率在一定范圍內平滑變化。

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控制器監控變頻器進行重點設計。通信時使用的接線少，傳送的信息量大，且可以連續地對多臺變頻器以及泵油泵進行監控和控制，還可以通過通信修改變頻器參數，從而控制泵油泵的工作，實現多臺變頻器、泵油泵的聯動控制和同步控制[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速的系列產品，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。其采用模塊化結構，組態靈活，有多種完善的變頻器和電動機保護功能，有內置的RS-485/232C接口和用于簡單過程控制的PI閉環控制器，可以根據用戶的特殊需求對I/O端子進行功能自定義。快速電流限制（FCL）改善了動態響應特性，低頻時也可以輸出大力矩。

用戶在設置變頻器參數時，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組參數設定值。

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、風機和傳送帶系統的驅動控制。

本文設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控制器的設置，簡單實現變頻器的靈活控制。

另外，淬火機通過PLC控制器觸控屏的設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 結論

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

參考文獻：

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

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

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