液压机智能节能成套控制系统

文／王文兵，庹汉明·重庆溢希恩真节能电力设备有限公司

液压机智能节能成套控制系统

文／王文兵，庹汉明·重庆溢希恩真节能电力设备有限公司

王文兵，技术中心总监，全面负责技术中心工作，2014年参加重庆节能行业地方标准立标工作，并成功立标。

近年来，我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构和转变增长方式，资源将支撑不住，环境将容纳不下，社会将承受不起，经济可持续发展也难以维持。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。同时，温室气体排放引起全球气候变暖，备受国际社会广泛关注。进一步加强节能减排工作，也是应对全球气候变化的迫切需要。为此，国家制定了一系列政策和措施，如《2014-2015年节能减排低碳发展行动方案的通知》。通知中指出：加快发展低能耗低排放产业。加强对服务业和战略性新兴产业相关政策措施落实情况的督促检查，力争到2015年服务业和战略性新兴产业增加值占GDP的比重分别达到47%和8%左右。加快落实《国务院关于加快发展节能环保产业的意见》，组织实施一批节能环保和资源循环利用重大技术装备产业化工程，完善节能服务公司扶持政策准入条件，实行节能服务产业负面清单管理，积极培育“节能医生”、节能量审核、节能低碳认证、碳排放核查等第三方机构，在污染减排重点领域加快推行环境污染第三方治理。到2015年，节能环保产业总产值达到4.5万亿元。

重庆溢希恩真节能电力设备有限公司成立于2006年，一直以来从事液压机、压铸机的节能节电改造，是重庆地区液压机、压铸机智能节能系统的《地方行业标准》制定单位，地方标准DB50于2015年正式颁布实施。公司研制的“液压机、压铸机智能节能成套控制系统”获得一项发明专利、多项实用专利，并且荣获重庆市“高新技术产品”称号。

液压机概述及工作原理

液压压力机又称液压成形压力机，利用帕斯卡定律制成的液体压强传动的机械，是用来使各种金属与非金属材料成形加工的设备。其用途广泛，适用于弯曲、翻边、拉深、成形和冷挤压等冲压工艺，压力机是一种用静压来加工产品的设备。适用于金属粉末制品的压制成形工艺和非金属材料，如塑料、玻璃钢、绝缘材料和磨料制品的压制成形工艺，也可适用于校正和压装等工艺。自19世纪问世以来发展很快，液压机在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。

液压压力机主要由机架、液压系统、冷却系统、加压油缸、上模及下模等组成，加压油缸装在机架上端，并与上模连接，冷却系统与上模、下模连接。其特征在于机架下端装有移动工作台及与移动工作台连接的移动油缸，下模安放在移动工作台的上面。

液压系统作为整个机械的重要组成部分,直接影响着整个压力机的性能,其主要由以下部分组成：

⑴能源装置——液压泵。它将动力部分（电动机或其他原动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。

⑵执行装置——液压缸、液压马达。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。

⑶控制装置——液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为溢流阀（安全阀）、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。

⑷辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等，通过这些元件把系统连接起来，以实现各种工作循环。

⑸工作介质——液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量。

液压机节能空间分析

⑴设备选型产生的富余量。

液压机的额定允许工作能力一般大于模具的实际需求能力10%～20%，这就导致设备的不满负荷运行，从而产生节能富余量。

⑵油泵配置产生的富余量。

设计液压机时，在油泵选型的过程中，油泵的工作流量及压力会大于液压机最大负荷的10%～15%，产生了富余量。泵出口压力一般是根据最远环路，最大需求压力，然后结合需求设计的流量，再乘以一定的安全系数后确定的，再查找与其一致的泵铭牌参数来确定泵型号，而不是根据实际的运行特性曲线确定泵型号。因此，泵在实际运行中，一般都工作在特性曲线的右下侧，故实际流量要比系统实际需求流量大20%～50%，多余的油通过溢流阀直接流回油箱。

⑶设备运行富余量。

液压机工作时，有卸压、加压、保压等过程，系统只有在加压及回程短时间处于大负荷状态，别的时间均处于不满负荷及空载状态，多余的液压油均通过溢流阀回油箱，产生大量的能源浪费。一般情况下，满载状态时间约占整个工作时间的30%，设备绝大部分时间均处于不满负荷及空载状态，产生了大量富余量。

液压机变频节能原理

液压油泵的用电量占整个液压机用电量的97%以上，所以降低其耗电量是液压机节能的关键。液压机在快速下行、慢速下行、保压、卸压回程、活塞顶出、活塞退回、缓冲缸顶出等阶段所需压力和流量都是变化的，当液压机的油量需求发生变化时，由设在油泵出口的溢流阀来调节负载压力和流量，而电机的输出功率不变，因而造成能量浪费。

变频调速装置由整流电路、滤波电路、逆变电路和控制电路组成，其功能是通过整流环节将交流电经过整流、滤波变为直流电，又通过逆变环节转变成不同频率的交流电输出给电机。这可让液压油泵电机在不同的转速下工作。另外，根据油泵的理论，油泵的输出流量为Q。在液压系统中，流量Q，压力H、转速n和电动机功率P四者之间的关系如下：电动机功率P与流量Q的立方成正比关系（图1），通过调节电动机转速n，即可改变流量Q，达到改变电动机功率P的目的。泵转速降低16%，流量降为原有流量的84%，系统则节电40%，系统仍然运行在设计流量的范围内，不会影响正常的工艺要求。液压阀控制和智能变频节能控制能耗对比，如图2所示。采用液压阀控制时：⑴管道阻力h与流量Q的平方成正比；⑵电机在恒速运行时，流量为100%情况下（工作点为A），水泵轴功率与点Q1、A、H1、坐标原点O所包容的面积成正比；⑶电机在恒速运行时，流量70%情况下（工作点为B），水泵功率与点Q2、B、H2、坐标原点O所包容的面积之间变化不大，所以水泵轴功率变化不大，输入功率减小很少。采用智能变频调速控制时，由于管道特性没有改变，水泵特性发生变化（工作点为C），水泵轴功率与点Q2、C、H3、坐标原点O所包容的面积成正比，故其节能量与C、B、H2、H3所包容的面积成正比，输入功率大大减小。

图1 电机功率、流量、压力、转速关系

图2 液压阀控制和智能变频节能控制能耗对比

液压机变频智能节能成套控制系统

“液压机智能节电成套控制系统”综合应用了智能数据采集技术、智能数据处理技术、PLC控制技术、电机参数自测技术、伺服变频技术，对设备的运行数据“压力、流量、温度、转速、电流、工况”等进行采集分析，通过智能控制程序及HMI操作，建立能耗最佳运行模式，在保证设备工艺要求的情况下使运行功率最大限度接近实际负荷需求功率。

改造后的效果：⑴高节电率。电费成本降低15%～80%；⑵提高功率因数。由原系统的0.2～0.8提高到0.9以上，运行更加稳定；⑶维修率降低。设备由硬启动变为软启动,维修率降低30%～65%；⑷优化电网。抑制电网的瞬变和浪涌，减少线损；⑸提高运行效率。增加了变压器的负荷能力，降低了系统的增容成本；⑹双系统设备。节能设备采用双系统，可在工频和节能上随时切换，使设备可靠运行得到保障；⑺改造周期短。根据现场实际生产情况制定改造方案，不影响生产。

案例介绍

项目背景

沈阳世纪华通汽车部件有限公司是浙江世纪华通车业股份有限公司的全资子公司，主要产品有汽车内饰件和汽车冲压件。2014年溢希恩真对沈阳世纪华通公司液压机进行改造，改造前的问题主要表现为：⑴功率因数低，全厂只能同时启动60%的液压机进行生产；⑵通过溢流阀控制，多余的油从溢流阀回流，造成能量的浪费；⑶启动电流大，影响电网稳定；⑷设备运行噪声大；⑸机械磨损严重。

改造范围及节能效果

根据沈阳世纪华通的实际情况，对该厂的冲压车间24台液压机设备前后共进行3次节能改造，共计改造4514kW，88个回路。部分改造完成的液压机工程竣工验收记录，如图3所示。

结束语

经过多年的发展，溢希恩真已为上海通用、一汽丰田、长安汽车、东风小康、吉利汽车、江淮汽车、宗申集团、力帆集团等知名企业提供了专业的节能分析和解决方案，帮助这些企业成功实现了节能减排的目标，得到了广大客户的一致好评。展望未来，溢希恩真将以《国家节能行业标准》制定单位为目标，以节能减排为己任，用心、用技术、用专业为客户提供优质服务。

图3 工程竣工验收记录