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1、 大型挤压机节能控制系统的设计开发 摘要：我国政府在产业政策上一直将节能设备的开发、推广作为重点发展的领域，鼓励和倡导节能降耗，促进能源的合理有效利用。铝材行业属于典型的高耗能产业，作为铝材行业的主要生产设备铝材挤压机，也是主要的耗电设备。挤压机节能系统在保证挤压机质量的前提下，有非常明显的节能降耗优势，降低企业生产成本，提高产品的竞争优势，增加企业的经济效益。铝材行业属于典型的高耗能产业，作为铝材行业的主要生产设备铝材挤压机，也是主要的耗电设备。本文通过对挤压过程能耗和控制系统进行分析，开发了新型的挤压机节能控制系统，该系统采用智能的电液控制技术，降低挤压机能耗，提高产品质量，推动了挤压机的
2、技术进步。关键词：挤压机节能降耗智能化电液控制1挤压机控制系统概述1.1挤压机控制系统分析挤压机是采用液压泵驱动，即其标准配置是电机驱动液压泵的形式。传统挤压机一般采用普通电机驱动，液压泵采用定量泵、变量泵或者定变量泵组合。目前小型节能型挤压机一般采用伺服电机驱动，液压泵采用定量泵，这种交流伺服系统应用在小型挤压机上，提高了铝型材挤压机的控制性能，节能效果非常明显。对于大型挤压机而言，节能系统采用伺服电机+定量泵的交流伺服系统并不适用，原因是大型挤压机装机功率大，一般配置的主泵电机功率基本在200kW以上，而且需要的主泵电机数量很多。如果大型挤压机的节能系统采用交流伺服系统，那么就需要多台功率
3、在200kW以上的伺服电机及其控制系统。目前市场上多以中小功率伺服电机为主，大功率的伺服电机价格昂贵，而且技术并不是很成熟。因此100MN以上挤压机基本采用传统控制方式。1.2挤压过程能耗分析挤压机是铝材挤压生产线的主要设备，挤压机的驱动系统采用液压驱动，通过液压驱动系统和电控系统控制，实现主机和辅机有效配合动作。根据挤压工艺要求，挤压机在工艺循环过程的各个阶段，液压系统需要不同的工作压力和流量。非挤压阶段，要求执行机构动作速度快，系统流量大，工作压力低。在挤压阶段，需要较高的工作压力，根据挤压制品工艺，确定挤压速度和系统工作压力。一般来说，系统压力由铝锭材质、铝锭温度、模具状态、挤压比等因素
4、决定。挤压速度决定系统流量，挤压速度慢，系统流量少；挤压速度快，系统流量多。目前大型挤压机由于挤压过程工艺要求的限制，为保证产品质量，挤压时系统压力很高，经常达到系统最高压力，挤压速度较慢，通常约1mm/s（最大挤压速度可能达到20mm/s）。挤压机的能耗主要发生在挤压阶段，即铝锭挤压成制品的过程。对于大型挤压机，其挤压阶段持续时间长，挤压速度低，一般只需要一台主泵提供挤压速度，其他主泵都工作在空载状态。大型挤压机的这种工作模式造成挤压机运行功率高，挤压过程工作效率低，能耗损失严重。2智能电液控制技术智能电液控制技术是针对大型挤压机开发的一种新型的泵控液压节能技术，这项技术将交流变频技术和液压
5、技术相结合，采用交流变频电动机改变系统的输出流量，充分利用了变频电机的灵活性和液压输出力大的双重优点。智能电液控制系统的工作方式是通过变频器改变变频电机的转速，进而通过控制泵的转速调节泵的输出流量，实现液压缸的位移或压力控制，再经过传感器实现闭环控制。同时驱动液压泵采用变量泵方式，与定量泵控方式相比，这种控制方式可以减少定量泵的溢流损失，也可以降低挤压过程中，长时间电机超载（低速大扭矩）造成的系统停机，避免了极限工艺过程对电机影响。针对大型挤压机主泵电机长期工作在空程快速和低速挤压的工况，智能电液控制技术可以达到无极流量调节和最优扭矩控制，同时降低电机高速运行的能量损失，用很低的能耗就可以达到
6、高精度伺服控制。3节能控制系统硬件设计基于智能电液控制技术的节能控制系统主要由PLC、变频器、交流变频电动机，高性能变量液压泵，电液伺服控制器，检测传感器等几部分组成。基于智能电液控制技术的节能控制系统如图1所示。PLC采集速度压力等控制信号，根据挤压机的工艺流程进行调节控制，智能运算调节模块嵌套在PLC控制程序内部。根据上位机设定和挤压机工艺要求，PLC经过运算后输出两路控制，一路调节变频器频率，改变电机转速；另一路调节变量泵输出，改变液压系统扭矩，从而改变流量，按需供油，达到节能效果。图1节能控制系统的控制示意图4节能控制系统程序编制智能型节能控制系统的核心是PLC控制，该系统PLC的CP
7、U采用SIEMENS的S7-416，STEP7组态编程。控制系统采用压力和流量双闭环控制模式，专用PID控制算法，能精确控制整个工作过程所需的压力和流量，消除高压节流的能源损耗，达到节能省电的效果，同时降低系统油温，最高节能率达65%，平均节能率30%以上。控制流程图如图2所示。图2控制流程图智能型节能控制系统在计算流量分配参数时，考虑了系统容积效益及变量泵最优控制曲线，控制精度高，整个系统可靠性高，调试范围宽。同时这种控制方式使液压泵输出没有节流能量损失，也没有电机高速运行能量损失，解决了传统泵控液压技术的高能耗问题，系统智能高效、低噪环保。5结束语目前该节能控制系统已经应用在125MN铝挤
8、压机上，与传统控制系统的挤压机相比，该挤压机有非常明显的节能降耗、低噪环保的优势，其控制精度和重复精度也非常出众，显著地提高了产品成品率。智能型节能控制系统的开发，提高了大型挤压机的控制性能，解决了大型挤压机高能耗的问题，实现了对大型挤压机节能、精密、高效、环保的控制要求，具有较高的推广应用价值。参考文献：1郭爽爽，韩泓.挤压机伺服控制系统J锻压装备与制造技术，2018，（6）2张永宁，沈霁华.中国节能减排政策的演进基于1978-2016年政策文本的研究J.中国石油大学学报，20163冼灿标.直驱泵控伺服液压机动态特性与节能机理研究D.广州：广东工业大学，20124康向东.挤压机DFEn节能系统J.液压与气动，2015，（12） -全文完-
