CN104378044A - 双盘摩擦压力机智能节电器及节电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双盘摩擦压力机智能节电器及节电方法，连接于交流电源与双盘摩擦压力机的三相异步电动机之间，包括：整流模块、控制单元和驱动单元。本发明在每次加工工件之前，将三相异步电动机的速度快速补充到设定的转速后停机，获得设定速度的摩擦盘依靠惯性带动飞轮和滑块上下运动，完成对工件的加工。在确保工件顺利加工的同时，使系统更加节能。本发明可使双盘摩擦压力机处于间歇工作状态，相对于原来电机一直处于运转的工作状态，实测节电率超过50％；而且本发明还提高了网测功率因数，进一步节约了无功电费；节省了系统维护与维修的费用；提高了系统自动化程度的同时，确保系统运行更加安全可靠。

Description

双盘摩擦压力机智能节电器及节电方法

技术领域

本发明涉及双盘摩擦压力机，具体涉及的是一种双盘摩擦压力机智能节电器及节电方法。

背景技术

双盘摩擦压力机是常见的一种摩擦压力机，适用于有色及黑色金属的模锻、挤压、切边、弯曲、校正及耐火材料等制品的压制成型等工作。该机具有结构简单、能量大、噪声低、寿命长、安全可靠、使用维修方便等特点。广泛用于航空、汽车、拖拉机、工具制造、纺织机械等行业。

传统双盘摩擦压力机是利用飞轮和摩擦盘的接触进行传动，借助螺杆与螺母的相对运动原理而工作。摩擦压力机器属于螺旋压力机的一种传统的结构形式，其主要特征是飞轮由摩擦机构传动。机器的传动链由一级皮带传动、正交圆盘摩擦传动和螺旋滑块机构组成。工作原理为：电机通过三角带带动传动联接轴朝一个方向旋转(从机器左侧看为顺时针旋转)，安装在传动联接轴上的左右两个摩擦盘随传动联接轴一起旋转。当按动滑块下行按钮，换向阀换向，操纵缸活塞向下移动，经杠杆系统使主轴沿轴向左移，左摩擦盘压紧飞轮，依靠摩擦，驱动飞轮旋转(从机器上方俯视为顺时针方向旋转，如图1所示)，并通过螺旋机构将飞轮的圆周运动转变为滑块的直线运动。滑块通过模具接触工件后，飞轮及滑块在运动中积蓄的能量全部释放，飞轮的惯性力矩通过螺旋机构转变为滑块对工件的锻击力，一次锻击结束后，换向阀换向，操纵缸活塞向上移动，滑块上升。经杠杆系统，右摩擦盘压紧飞轮，飞轮反向旋转(如图2所示)，滑块回程，滑块上升到预定位置时，换向阀换向，复位弹簧使摩擦盘恢复至中位，同时制动动作使滑块停止在设定的位置。至此，完成了一个工作循环。

但是传统的双盘摩擦压力机整个工作流程中摩擦盘电机一直处于工作状态，尤其是非打击间歇时间段里，摩擦盘电机运行所输出的基本为无用功，因此存在系统能量有效利用率低下，能源浪费严重的问题。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种双盘摩擦压力机智能节电器及节电方法，以实现对传统双盘摩擦压力机的节能改造，提高能量利用率，减少能源浪费。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种双盘摩擦压力机智能节电器，连接于交流电源与双盘摩擦压力机的三相异步电动机之间，包括：整流模块、控制单元和驱动单元；所述控制单元连接双盘摩擦压力机，用于根据加工工件所需要的打击力度设定三相异步电动机自由停机的速度以及根据双盘摩擦压力机的输入和输出信号合成并输出速度控制信号；所述驱动单元与所述控制单元连接，其包括IGBT逆变模块和PWM驱动保护模块，所述控制单元输出速度控制信号到PWM驱动保护模块，经过放大后输出PWM驱动信号到IGBT逆变模块，驱动IGBT逆变模块工作，IGBT逆变模块对应输出频率变化的交流电以控制三相异步电动机的运转和启停，且在三相异步电动机运转到设定的自由停机速度时控制其自由停机。

进一步地，所述控制单元包括有一DSP，该DSP采用芯片为TMS320LF2406A。

进一步地，所述双盘摩擦压力机的输入和输出信号包括：电机单次启动信号、自由打击信号、工作方式切换信号、节能模式切换信号、滑块上限位开关信号、滑块下限位开关信号和急停/故障复位信号，所述控制单元根据上述信号进行分析处理合成弱电速度控制信号。

进一步地，所述控制单元的输出信号包括上行阀继电器输出信号、下行阀继电器输出信号、顶料阀继电器输出信号和频率到达继电器输出信号。

进一步地，所述整流模块与交流电源之间通过断路器连接。

进一步地，所述整流模块与IGBT逆变模块之间连接有一用于滤波储能的电解电容。

进一步地，还包括有一输入单元，所述输入单元与控制单元连接，用于输入用户的控制指令和显示双盘摩擦压力机的工作状态。

另外，本发明还提供了一种双盘摩擦压力机智能节电方法，包括步骤：

S1、根据加工工件所需要的打击力度设定三相异步电动机的自由停机速度；

S2、双盘摩擦压力机的三相异步电动机首次启动时，对应输入单次启动信号到控制单元；

S3、控制单元根据输入的单次启动信号输出速度控制信号到PWM驱动保护模块，经过放大后输出PWM驱动信号到IGBT逆变模块，驱动IGBT逆变模块工作，IGBT逆变模块对应输出频率变化的交流电，以控制三相异步电动机运转到步骤S1中设定的速度后自由停机；

S4、三相异步电动机自由停机后，双盘摩擦压力机输入自由打击信号到控制单元，此时下行阀继电器输出，控制飞轮与左摩擦盘接触，飞轮靠盘，控制单元开始对飞轮的靠盘时间进行计时，其中所述靠盘时间为飞轮与左摩擦盘接触下行的时间，其通过控制单元设定；

S5、当控制单元对飞轮的靠盘时间计时时间到时，下行阀继电器断开，飞轮与左摩擦盘分离，与飞轮连接的滑块以初始速度自由落体打击工件；

S6、滑块自由落体打击工件，触碰到下限位开关时，下限位开关产生滑块下限位信号输入到控制单元，此时上行阀继电器输出，飞轮与右摩擦盘接触开始上行，带动滑块上行；

S7、滑块上行触碰到上限位开关时，上限位开关产生滑块上限位信号输入到控制单元，此时上行阀继电器断开，顶料阀延迟时间开始计时，当顶料阀延迟时间到后，顶料阀继电器断开，顶料阀继电器断开后，启动转速追踪延迟时间；其中顶料阀延迟时间为将工件顶出的时间，转速追踪延迟时间为工件加工完成取下到更换下一工件的时间，所述顶料阀延迟时间和转速追踪延迟时间均通过控制单元设定；

S8、当转速追踪延迟时间到时，控制单元控制驱动单元，驱动三相异步电动机转速追踪到步骤S1中设定的速度后自由停机，转速追踪完成以后才能输入自由打击信号，否则摩擦盘速度不够，无法完成下一个工件的加工，然后返回步骤S4。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、节电效果明显：采用本发明的智能节电器，可使双盘摩擦压力机处于间歇工作状态(电机工作时间不到整个周期的1/3)，相对于原来电机一直处于运转的工作状态，实测节电率超过50％；

2、提高了网测功率因数，进一步节约了无功电费：传统双盘摩擦压力机的电机大部分的时候都处于空转状态，运行功率因数极低，约为0.2-0.3之间，而采用本发明智能节电器后，功率因数可提高到0.8以上，进一步节约了无功电费的支出；

3、节省了系统维护与维修的费用：本发明实现了电机的“柔性启动”和“柔性停车”，大大降低了设备(电机、皮带、轴承等)的冲击和磨损，减少了设备的维护与维修工作量，延长了设备的使用寿命，节省了系统维护与维修的费用；

4、提高了系统自动化程度的同时，确保系统运行更加安全可靠：本发明具有远程通讯功能和全面的保护功能，如：过流、短路、过压、欠压、过热、缺相等保护，在提高系统自动化程度的同时，可确保系统运行更安全，更可靠。

附图说明

图1为传统双盘摩擦压力机滑块下行过程的示意图；

图2为传统双盘摩擦压力机滑块上行过程的示意图；

图3为本发明双盘摩擦压力机智能节电器的原理框图；

图4为本发明双盘摩擦压力机智能节电器中控制单元DSP的接线图；

图5为本发明双盘摩擦压力机智能节电器的使用流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图3所示，图3为本发明双盘摩擦压力机智能节电器的原理框图。本发明实施例提供了一种双盘摩擦压力机智能节电器，其在传统双盘摩擦压力机上进行了优化改进，通过优化双盘摩擦压力机的工艺流程，达到减少电机空转的目的，从而在提高设备功率因数的同时，大幅节约电能。

本实施例所述的智能节电器连接于交流电源1(电网)与双盘摩擦压力机的三相异步电动机2之间，其节电原理是：在每次加工工件之前，将三相异步电动机2的速度快速补充到设定的转速后停机，以保证工件顺利加工进行的同时及加工后，三相异步电动机2一直处于停机状态；虽然三相异步电动机2处于停机状态，但是依靠摩擦盘存储的转动惯量，可以带动飞轮和滑块实现上下运动，完成对工件的加工。

本实施例智能节电器主要包括有：输入单元3、控制单元4、驱动单元5和整流模块8，其中驱动单元5包括IGBT逆变模块7和PWM驱动保护模块6；交流电源1为频率固定(50Hz)的交流电，其通过断路器9与整流模块8连接，而整流模块8通过滤波储能用的电解电容10与IGBT逆变模块7连接，IGBT逆变模块7与三相异步电动机2连接。

输入单元3为人机交互的操控界面，用于输入用户的控制指令和显示双盘摩擦压力机的工作状态。

控制单元4的核心部件为DSP，其采用芯片为TMS320LF2406A(见图4)，主要用于根据不同加工工件所需要的打击力度来设定三相异步电动机自由停机的速度以及根据双盘摩擦压力机的输入信号合成并输出速度控制信号。DSP包括有输入和输出部分，输入信号(INPUT)包括有：电机单次启动信号、自由打击信号、工作方式切换信号、节能模式切换信号、滑块上限位开关信号、滑块下限位开关信号及急停/故障复位信号等，然后进行综合分析和处理，最终合成最优的速度控制信号，并输出到驱动单元5；输出信号(OUTPUT)则包括有：上行阀继电器输出、下行阀继电器输出、顶料阀继电器输出和频率到达继电器输出，这些输出信号用于控制摩擦压力机的关键工艺环节，可使整个工作流程自动衔接起来。因此DSP主要用于根据输入和输出信号，判断与双盘摩擦压力机系统所处的工艺环节，当到了需要补充能量的时候，DSP可输出PWM驱动信号，驱动IGBT工作，而IGBT则输出频率变化的电源控制电机的转速。

如图4所示，本实施例中DSP左边对应输入信号(INPUT)，右边对应输出信号(OUTOUT)。当切换为节能模式时，系统按照优化的工艺流程自动循环运行；当切换为非节能模式时，系统将一直以工频方式运行(传统工作模式下，双盘摩擦压力机主电机在整个工作流程中一直以工频方式运行，其中绝大部分时间为工频空转)。频率达到继电器输出延时时间用来表征摩擦盘动能能量的保持时间，即摩擦盘从智能节电器处获取动能后，所集聚能量将随时间推移而逐步衰减，当能量不足已完成一次打击操作时，应杜绝进行打击操作。一般该信号用于外接一个指示灯，在延时时间内，灯保持常亮，此时能量正常，可以进行锻压打击操作。当指示灯熄灭，代表能量已经衰减，无法完成锻压打击操作。此时需要使用“电机自动启动(单次启动)”信号，对工作流程进行重置。

急停/故障复位信号：功能复用信号，当系统处于故障状态时，该信号输入则用于故障复位；当系统处于正常运行状态时，该信号输入则用于紧急停车。

本实施例中智能控制器一般采用柜式结构，控制柜的具体尺寸根据所对应双盘摩擦压力机电机的功率(或者打击的吨位)来确定。

驱动单元5包括IGBT逆变模块7和PWM驱动保护模块6，所述控制单元4输出弱电速度控制信号在经过过滤放大之后输入到PWM驱动保护模块6，再经过PWM驱动保护模块6放大后输出强电PWM驱动信号到IGBT逆变模块7，从而驱动IGBT逆变模块7工作，而IGBT逆变模块7则可对应地输出频率变化的交流电(即频率可调)，由于电机的转速跟电源的频率成正比，因此频率变化的交流电可以控制三相异步电动机2的运转和启停，且在三相异步电动机2运转到设定的自由停机速度时控制其自由停机。

如图5所示，图5为本发明双盘摩擦压力机智能节电器的使用流程图。本发明实施例还提供了一种双盘摩擦压力机智能节电方法，其具体包括如下步骤：

S1、根据加工工件所需要的打击力度设定三相异步电动机的自由停机速度；

设定速度或者频率是根据不同工件的加工要求不同而事先设定的，本实施例中主要是以工件在加工时所需要的打击力度而定。

S2、双盘摩擦压力机的三相异步电动机首次启动时，对应输入单次启动信号到控制单元；

其中三相异步电动机的单次启动信号是由外部开关按钮产生，信号产生后直接接入到智能节电器的控制单元。

S3、控制单元根据输入的单次启动信号输出速度控制信号到PWM驱动保护模块，经过放大后输出PWM驱动信号到IGBT逆变模块，驱动IGBT逆变模块工作，IGBT逆变模块对应输出频率变化的交流电，以控制三相异步电动机运转到步骤S1中设定的速度后自由停机；

本实施例中电机的自由停机是通过封锁节电器的输出来实现的，类似于拉闸断电，当控制器自由停机后，电机在惯性作用下慢慢停机。

S4、三相异步电动机自由停机后，双盘摩擦压力机输入自由打击信号到控制单元，此时下行阀继电器输出，控制飞轮与左摩擦盘接触，飞轮靠盘，控制单元开始对飞轮的靠盘时间进行计时，其中所述靠盘时间为飞轮与左摩擦盘接触下行的时间，其通过控制单元设定；

虽然三相异步电动机2处于停机状态，但是依靠摩擦盘存储的转动惯量可以带动飞轮和滑块实现上下运动，完成对工件的加工。

S5、当控制单元对飞轮的靠盘时间计时时间到时，下行阀继电器断开，飞轮与左摩擦盘分离，与飞轮连接的滑块以初始速度自由落体打击工件；

其中下行阀打开延时时间决定飞轮从摩擦盘处获取的动能量大小，即：延时时间越长，飞轮所获取的动能越多，自由落体后给予工件的锻压力越大。

S6、滑块自由落体打击工件，触碰到下限位开关时，下限位开关产生滑块下限位信号输入到控制单元，此时上行阀继电器输出，飞轮与右摩擦盘接触开始上行，带动滑块上行；

其中上、下行阀的打开与关闭，是由智能节电器输出一个继电器信号，去控制气动元件左右靠盘，从而控制滑块的上下运动，实现对工件的打击加工。

S7、滑块上行触碰到上限位开关时，上限位开关产生滑块上限位信号输入到控制单元，此时上行阀继电器断开，顶料阀延迟时间开始计时，当顶料阀延迟时间到后，顶料阀继电器断开，启动转速追踪延迟时间；其中顶料阀延迟时间为将工件顶出的时间，转速追踪延迟时间为工件加工完成取下到更换下一工件的时间，所述顶料阀延迟时间和转速追踪延迟时间均通过控制单元设定；

S8、当转速追踪延迟时间到时，控制单元控制驱动单元，驱动三相异步电动机转速追踪到步骤S1中设定的速度后自由停机，返回步骤S4。

顶料阀继电器输出延时时间用来避免在顶料动作期间，自动打击与顶料动作同时出现导致机械结构损坏。即在延时时间内，自动打击信号输入无效。

综上所述，传统工作模式下，双盘摩擦压力机主电机在整个工作流程中一直以工频方式运行(其中绝大部分时间为工频空转)。而采用本发明智能节电器驱动后，主电机只在每次锻压流程的最后环节进行短时能量补充即可保证系统的正常工作，主电机运行时间不到整个工作周期的三分之一，相对于电机原来一直连续运转的工作状态，节电率可超过50％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双盘摩擦压力机智能节电器，连接于交流电源与双盘摩擦压力机的三相异步电动机之间，其特征在于，包括：整流模块、控制单元和驱动单元；所述控制单元连接双盘摩擦压力机，用于根据加工工件所需要的打击力度设定三相异步电动机自由停机的速度以及根据双盘摩擦压力机的输入和输出信号合成并输出速度控制信号；所述驱动单元与所述控制单元连接，其包括IGBT逆变模块和PWM驱动保护模块，所述控制单元输出速度控制信号到PWM驱动保护模块，经过放大后输出PWM驱动信号到IGBT逆变模块，驱动IGBT逆变模块工作，IGBT逆变模块对应输出频率变化的交流电以控制三相异步电动机的运转和启停，且在三相异步电动机运转到设定的自由停机速度时控制其自由停机。

2.如权利要求1所述的双盘摩擦压力机智能节电器，其特征在于，所述控制单元包括有一DSP，该DSP采用芯片为TMS320LF2406A。

3.如权利要求2所述的双盘摩擦压力机智能节电器，其特征在于，所述双盘摩擦压力机的输入和输出信号包括：电机单次启动信号、自由打击信号、工作方式切换信号、节能模式切换信号、滑块上限位开关信号、滑块下限位开关信号和急停/故障复位信号，所述控制单元根据上述信号进行分析处理合成弱电速度控制信号。

4.如权利要求2所述的双盘摩擦压力机智能节电器，其特征在于，所述控制单元的输出信号包括上行阀继电器输出信号、下行阀继电器输出信号、顶料阀继电器输出信号和频率到达继电器输出信号。

5.如权利要求1所述的双盘摩擦压力机智能节电器，其特征在于，所述整流模块与交流电源之间通过断路器连接。

6.如权利要求1所述的双盘摩擦压力机智能节电器，其特征在于，所述整流模块与IGBT逆变模块之间连接有一组用于滤波储能的电解电容。

7.如权利要求1所述的双盘摩擦压力机智能节电器，其特征在于，还包括有一输入单元，所述输入单元与控制单元连接，用于输入用户的控制指令和显示双盘摩擦压力机的工作状态。

8.一种双盘摩擦压力机智能节电方法，其特征在于，包括步骤：

S1、根据加工工件所需要的打击力度设定三相异步电动机的自由停机速度；

S2、双盘摩擦压力机的三相异步电动机首次启动时，对应输入单次启动信号到控制单元；

S3、控制单元根据输入的单次启动信号输出速度控制信号到PWM驱动保护模块，经过放大后输出PWM驱动信号到IGBT逆变模块，驱动IGBT逆变模块工作，IGBT逆变模块对应输出频率变化的交流电，以控制三相异步电动机运转到步骤S1中设定的速度后自由停机；

S4、三相异步电动机自由停机后，双盘摩擦压力机输入自由打击信号到控制单元，此时下行阀继电器输出，飞轮与左摩擦盘接触，飞轮靠盘，控制单元开始对飞轮的靠盘时间进行计时，其中所述靠盘时间为飞轮与左摩擦盘接触下行的时间，其通过控制单元设定；

S5、当控制单元对飞轮的靠盘时间计时时间到时，下行阀继电器断开，飞轮与左摩擦盘分离，与飞轮连接的滑块以初始速度自由落体打击工件；

S6、滑块自由落体打击工件，触碰到下限位开关时，下限位开关产生滑块下限位信号输入到控制单元，此时上行阀继电器输出，飞轮与右摩擦盘接触开始上行，带动滑块上行；

S7、滑块上行触碰到上限位开关时，上限位开关产生滑块上限位信号输入到控制单元，此时上行阀继电器断开，顶料阀延迟时间开始计时，当顶料阀延迟时间到后，顶料阀继电器断开，顶料阀继电器断开后，启动转速追踪延迟时间；其中顶料阀延迟时间为将工件顶出的时间，转速追踪延迟时间为工件加工完成取下到更换下一工件的时间，所述顶料阀延迟时间和转速追踪延迟时间均通过控制单元设定；

S8、当转速追踪延迟时间到时，控制单元控制驱动单元，驱动三相异步电动机转速追踪到步骤S1中设定的速度后自由停机，转速追踪完成以后才能输入自由打击信号，返回步骤S4。