一種優(yōu)化的沖壓線主電機節(jié)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(chǎn)設(shè)備的能耗主要為沖壓車間內(nèi)部的壓力機能耗，壓機主電機為最主要的能耗設(shè)備。本文提出了一種優(yōu)化的沖壓線主電機節(jié)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(zhuǎn)速，從而達到降低待機能耗的效果。經(jīng)驗證，在滿足產(chǎn)線生產(chǎn)工藝需要的同時，每月能有7%的能源節(jié)約。

當(dāng)前節(jié)能減排工作是國際社會關(guān)注的問題,也是汽車行業(yè)面臨的關(guān)鍵問題。面對嚴峻的社會形勢和行業(yè)空前的競爭壓力，我司積極推進能源管理戰(zhàn)略，在承擔(dān)節(jié)能減排社會責(zé)任的同時，降低制造成本、提升利潤空間。

數(shù)據(jù)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(chǎn)能的沖壓車間為例，其年用電成本約占35%，是生產(chǎn)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(wěn)定”“高質(zhì)量”“綠色”的能源供給的同時，節(jié)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(yōu)化主電機的控制方式和待機時主電機轉(zhuǎn)速的方式降低生產(chǎn)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(gòu)成分析

結(jié)合沖壓車間的能耗特點，將其分為照明、空調(diào)、壓縮空氣、冷凍水及生產(chǎn)設(shè)備能耗五部分。其中，壓縮空氣能耗則是沖壓生產(chǎn)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(huán)境冷卻使用的冷源能耗，生產(chǎn)設(shè)備能耗為在主線沖壓生產(chǎn)、調(diào)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(tǒng)計，數(shù)據(jù)表明沖壓車間能耗中生產(chǎn)設(shè)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(chǎn)設(shè)備的能耗主要為沖壓車間內(nèi)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(qū)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(qū)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(shè)備?；瑝K調(diào)整電機及液壓保護電機、工作臺行走電機等根據(jù)設(shè)備運行需要開啟，在日常使用過程中，其驅(qū)動特點決定了這類設(shè)備缺乏節(jié)能的潛力。綜合以上考慮，主要分析主電機的節(jié)能潛力，通過降低轉(zhuǎn)速可以有效降低能耗。

壓機主電機控制方式

汽車生產(chǎn)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(zhuǎn)速將直接對應(yīng)不同的壓機行程，所以考慮在壓機行程方面進行節(jié)能優(yōu)化。目前的沖壓線主要有連續(xù)線和斷續(xù)線，本文的分析主要針對斷續(xù)線。斷續(xù)線的壓機轉(zhuǎn)速是固定的，生產(chǎn)、異常停機和待機的時候，壓機主電機的轉(zhuǎn)速不變。

沖壓線主電機節(jié)能控制方式創(chuàng)新過程

創(chuàng)新前的情況

異常停機后，主電機會持續(xù)以固定轉(zhuǎn)速空運轉(zhuǎn)；待機時，主電機也會持續(xù)以固定轉(zhuǎn)速空運轉(zhuǎn)。

改善對策制定

⑴不同轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。這樣即使待機的時候，壓機的主電機仍以固定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。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(yōu)化方向，需要重點優(yōu)化壓機加減速時的時間，避免降速后恢復(fù)時間過長，影響到整線的生產(chǎn)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(chuàng)新改善步驟

⑴解決異常停機后，主電機會持續(xù)以固定轉(zhuǎn)速空運轉(zhuǎn)。為了解決異常停機后，主電機會持續(xù)以固定轉(zhuǎn)速空運轉(zhuǎn)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(xù)以固定轉(zhuǎn)速空運轉(zhuǎn)。1)為了解決待機過程中，主電機空運轉(zhuǎn)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(guān)主電機功能。2)HMI 控制面板新增整線節(jié)能一鍵降速和一鍵關(guān)主電機，線首新增一鍵降速和一鍵關(guān)主電機按鈕，機長可以方便快捷操作，如圖3 所示。

閑來垂釣碧溪上，忽復(fù)乘舟夢日邊?！镜涔省拷性谖妓拇懴厢烎~，得遇周文王，助周滅商。伊尹曾夢見自己乘船從日月旁邊經(jīng)過，后被商湯聘請，助商滅夏。

創(chuàng)新改善驗證

單臺壓機或主線出現(xiàn)異常停機后，會自動進入空運轉(zhuǎn)計時，當(dāng)達到3 分鐘后，壓機會自動進入降速模式。整線再次循環(huán)啟動，壓機會自動退出降速模式，恢復(fù)到生產(chǎn)速度?？偪禺嬅嬖黾右绘I降速和一鍵關(guān)機，當(dāng)出現(xiàn)計劃停止時，機長可以根據(jù)計劃停機時長，快速降低整線壓機行程次數(shù)，或一鍵關(guān)閉主電機，從而達到節(jié)能效果。不同功能區(qū)域節(jié)能效果數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同功能區(qū)域節(jié)能效果

結(jié)束語

本次創(chuàng)新提出了一種優(yōu)化的沖壓線主電機節(jié)能控制方式。主電機作為沖壓車間最大的能耗設(shè)備，對其精細化管理是實現(xiàn)沖壓生產(chǎn)節(jié)能的必由之路。通過對主電機控制方式的優(yōu)化和待機的行程次數(shù)調(diào)整，盡可能地避免了能源浪費現(xiàn)象，有利于企業(yè)的節(jié)能降耗，從而最大化降低生產(chǎn)成本。