V法造型真空系统节能控制

2020-12-03高磊李长泰崔锦光

中国铸造装备与技术 2020年6期

关键词：真空泵模拟量触摸屏

高磊，李长泰，崔锦光

（1.双星漯河中原机械有限公司，河南漯河 462300；2.青岛双星装备制造有限公司，山东青岛 266400）

1 V法造型简介

V法造型铸件质量高、尺寸精确；设备简单没有粘结剂，不需要混砂、破碎、再生设备，节约成本；浇铸时金属液流动性高，填充能力强，减少加工量；旧砂回收率高废渣少，有利环境保护[1，2]。由于V法造型工艺有许多显著的优点，越来越受到铸造厂家的青睐。

实现V法造型首先需配备一套先进合理的真空系统。真空系统是V法造型的核心部分同时也是耗电大的设备，为降低电费成本，对其进行PID节能控制，还能改善真空系统的稳定性，进而提高产品质量，帮助铸造企业取得良好的效益。

常规的真空泵控制系统使得真空泵长期在工频下满负荷运行。而在实际生产中，只是在浇铸时真空耗量大，覆膜造型、保压冷却时都只是小的真空耗量，造成真空泵电机功耗的浪费。

2 真空系统的组成

本文介绍三台90kW水循环式真空泵的节能控制系统。真空系统由水控、电动机、真空泵、负压传感器、储气罐、除尘器、分配罐和抽气支管等组成。真空系统如图1所示。

3 控制系统的组成

本控制系统主要由PLC（含模拟量输入输出模块）、触摸屏、变频器、负压传感器、断路器、接触器、按钮指示灯等电气件组成。三菱PLC FX3U-32MR、FX3U-4DA、FX3U-4AD，维纶触摸屏MT6103ip、三菱变频器FR-F740-S90K、负压传感器B+F、其他电器件选用西门子合资件。真空PID节能控制系统如图2所示。

4 真空系统PID节能控制的实现

由触摸屏设定真空负压目标值及模拟运行画面如图3所示。

由触摸屏设定的PLC内部PID运算参数设定画面如图4所示。

从触摸屏上输入造型需要的负压目标值，现场的负压传感器把检测到的负压值输送到PLC的模拟量输入模块。按下系统起动，PLC程序根据输入目标值与读取的实际值比较并经过PID预算，通过模拟量输出模块输出4～20mA信号到变频器的频率给定接口，变频器驱动电动机，电动机得到相应的转速改变真空泵的输出量。同时PLC根据触摸屏设定的压力偏差值，起动第二台变频器，以便快速提高真空系统的负压值。

图1 真空系统

图2 真空PID节能控制系统

图3 真空负压模拟运行画面

图4 PID运算参数

负压传感器检测到的数据接近设定数据，降低变频器的输出频率。如变频器都是以最小频率运行，PLC会关闭其中多余的真空泵。当浇铸铸件真空耗量大时，系统会快速起动变频器，使真空系统快速稳定的到达设定值。因为水循环真空泵是水密封的，真空泵要有个最低转速，根据实验测定变频器最低转速设定为30Hz，所以变频器的调速范围为30～50Hz。

根据在江苏海门麒龙机械有限公司调试监控的变频器运行频率趋势图以及现场测试可知，以变频器运行8h统计，3台同时50Hz运行2h，1台50Hz和1台30Hz运行5h,1台50Hz运行1h。90kW电机50Hz运行1h大约耗电106kW·h，30Hz运行1h大约耗电65kW·h。统计共耗电（106kW·h×3台×2h）+（106kW·h×1台×5h+65kW·h×1台×5h）+（106kW·h×1台×1h）=1597kW·h。如不采用变频器节能控制，需要耗电106kW·h×3台×8h=2544kW·h。设备运行8h大约节省947kW·h，按每天运行16h每月30天计算，每月共节约947×2×30=56822(kW·h)，经济效益十分可观。变频器运行趋势图如图5所示。