V法造型真空系統(tǒng)節(jié)能控制

高磊，李長泰，崔錦光

（1.雙星漯河中原機械有限公司，河南漯河 462300；2.青島雙星裝備制造有限公司，山東青島 266400）

1 V法造型簡介

V法造型鑄件質(zhì)量高、尺寸精確；設(shè)備簡單沒有粘結(jié)劑，不需要混砂、破碎、再生設(shè)備，節(jié)約成本；澆鑄時金屬液流動性高，填充能力強，減少加工量；舊砂回收率高廢渣少，有利環(huán)境保護[1，2]。由于V法造型工藝有許多顯著的優(yōu)點，越來越受到鑄造廠家的青睞。

實現(xiàn)V法造型首先需配備一套先進合理的真空系統(tǒng)。真空系統(tǒng)是V法造型的核心部分同時也是耗電大的設(shè)備，為降低電費成本，對其進行PID節(jié)能控制，還能改善真空系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進而提高產(chǎn)品質(zhì)量，幫助鑄造企業(yè)取得良好的效益。

常規(guī)的真空泵控制系統(tǒng)使得真空泵長期在工頻下滿負(fù)荷運行。而在實際生產(chǎn)中，只是在澆鑄時真空耗量大，覆膜造型、保壓冷卻時都只是小的真空耗量，造成真空泵電機功耗的浪費。

2 真空系統(tǒng)的組成

本文介紹三臺90kW水循環(huán)式真空泵的節(jié)能控制系統(tǒng)。真空系統(tǒng)由水控、電動機、真空泵、負(fù)壓傳感器、儲氣罐、除塵器、分配罐和抽氣支管等組成。真空系統(tǒng)如圖1所示。

3 控制系統(tǒng)的組成

本控制系統(tǒng)主要由PLC（含模擬量輸入輸出模塊）、觸摸屏、變頻器、負(fù)壓傳感器、斷路器、接觸器、按鈕指示燈等電氣件組成。三菱PLC FX3U-32MR、FX3U-4DA、FX3U-4AD，維綸觸摸屏MT6103ip、三菱變頻器FR-F740-S90K、負(fù)壓傳感器B+F、其他電器件選用西門子合資件。真空PID節(jié)能控制系統(tǒng)如圖2所示。

4 真空系統(tǒng)PID節(jié)能控制的實現(xiàn)

由觸摸屏設(shè)定真空負(fù)壓目標(biāo)值及模擬運行畫面如圖3所示。

由觸摸屏設(shè)定的PLC內(nèi)部PID運算參數(shù)設(shè)定畫面如圖4所示。

從觸摸屏上輸入造型需要的負(fù)壓目標(biāo)值，現(xiàn)場的負(fù)壓傳感器把檢測到的負(fù)壓值輸送到PLC的模擬量輸入模塊。按下系統(tǒng)起動，PLC程序根據(jù)輸入目標(biāo)值與讀取的實際值比較并經(jīng)過PID預(yù)算，通過模擬量輸出模塊輸出4～20mA信號到變頻器的頻率給定接口，變頻器驅(qū)動電動機，電動機得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速改變真空泵的輸出量。同時PLC根據(jù)觸摸屏設(shè)定的壓力偏差值，起動第二臺變頻器，以便快速提高真空系統(tǒng)的負(fù)壓值。

圖1 真空系統(tǒng)

圖2 真空PID節(jié)能控制系統(tǒng)

圖3 真空負(fù)壓模擬運行畫面

圖4 PID運算參數(shù)

負(fù)壓傳感器檢測到的數(shù)據(jù)接近設(shè)定數(shù)據(jù)，降低變頻器的輸出頻率。如變頻器都是以最小頻率運行，PLC會關(guān)閉其中多余的真空泵。當(dāng)澆鑄鑄件真空耗量大時，系統(tǒng)會快速起動變頻器，使真空系統(tǒng)快速穩(wěn)定的到達設(shè)定值。因為水循環(huán)真空泵是水密封的，真空泵要有個最低轉(zhuǎn)速，根據(jù)實驗測定變頻器最低轉(zhuǎn)速設(shè)定為30Hz，所以變頻器的調(diào)速范圍為30～50Hz。

根據(jù)在江蘇海門麒龍機械有限公司調(diào)試監(jiān)控的變頻器運行頻率趨勢圖以及現(xiàn)場測試可知，以變頻器運行8h統(tǒng)計，3臺同時50Hz運行2h，1臺50Hz和1臺30Hz運行5h,1臺50Hz運行1h。90kW電機50Hz運行1h大約耗電106kW·h，30Hz運行1h大約耗電65kW·h。統(tǒng)計共耗電（106kW·h×3臺×2h）+（106kW·h×1臺×5h+65kW·h×1臺×5h）+（106kW·h×1臺×1h）=1597kW·h。如不采用變頻器節(jié)能控制，需要耗電106kW·h×3臺×8h=2544kW·h。設(shè)備運行8h大約節(jié)省947kW·h，按每天運行16h每月30天計算，每月共節(jié)約947×2×30=56822(kW·h)，經(jīng)濟效益十分可觀。變頻器運行趨勢圖如圖5所示。

圖5 變頻器運行趨勢圖

5 結(jié)語

V法造型真空系統(tǒng)采用PID節(jié)能控制，節(jié)約大量的電能，降低了成本；利用變頻器的軟起、軟停功能，減少起動對電網(wǎng)的沖擊，減少驟停對真空泵的沖擊，提高真空泵的使用壽命；由于PLC采用PID控制減少真空系統(tǒng)的波動，提高真空系統(tǒng)的穩(wěn)定性。終上所述應(yīng)大力推廣V法造型真空系統(tǒng)的PID節(jié)能控制系統(tǒng)。