CN220841605U - 一种基于plc控制器的节能油压机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PLC控制器的节能油压机，包括：PLC控制器、触摸显示屏、油压机主体、第一液压管道组、第二液压管道组、压力传感器、液压系统、伺服电机、伺服驱动器和主油箱；所述液压系统包括：系统压力表、液压阀、主管道、压力传感器和泵；所述油压机主体包括：位于所述油压机主体顶端的主缸和位于所述油压机主体底端的顶出缸。采用本方案，真正做到了“按需给定”，节电率达30％以上，同时伺服系统速度闭环控制，定位更精准，系统精度提升，为后续厂商提高了成品率。

Description

一种基于PLC控制器的节能油压机

技术领域

本实用新型涉及机械液压领域，尤其涉及一种基于PLC控制器的节能油压机。

背景技术

对于油压机而言，工艺过程一般分为快进、工进、保压、卸荷、回程、取件等阶段，各个阶段需要的压力和流量是不同的，现有的油压机通常采用异步电机，对于异步电机而言，整个加工过程是处于不断变化的负载状态，而目前油压系统绝大部分使用定量泵或恒功率柱塞泵，且工作过程中异步电机一直处于工频运转，对于部分工艺环节只需极小流量，因此，多余的液压油只能通过高压溢流回到油箱，造成了能源的大大浪费，同时也大大降低了电机的工作效率，据统计，由高压溢流造成的能量损失高达30％～70％。

同时，节能问题日益受到人们重视，液压系统的节能设计及改造也成为液压技术工作者所关注的重大课题之一，其中液压系统用电量的高低是其重要性能指标之一；现有的液压站动力装置基本都是采用三相异步电机带动恒压变量柱塞泵的结构，其要求压力恒定、响应迅速、可靠性及稳定性高，由于溢流作用，所以存在能耗高、油温高、效率低的问题，除此之外，还有电机噪音大、设计选型偏大、体积大、对电网干扰大等缺点，以上问题给用户的使用和维护都带来很大不便。

发明内容

针对以上问题，本实用新型提出一种基于PLC控制器的节能油压机。

为实现本实用新型的目的，提供一种基于PLC控制器的节能油压机，包括：PLC控制器、触摸显示屏、油压机主体、第一液压管道组、第二液压管道组、压力传感器、液压系统、伺服电机、伺服驱动器和主油箱；所述液压系统包括：系统压力表、液压阀、主管道、压力传感器和泵；所述油压机主体包括：位于所述油压机主体顶端的主缸和位于所述油压机主体底端的顶出缸；

所述触摸显示屏、压力传感器和伺服驱动器分别跟所述PLC控制器电性连接；所述伺服电机跟所述伺服驱动器电性连接；所述主油箱设置在所述油压机主体的一侧；所述液压系统和所述伺服电机设置在所述主油箱的上表面；所述液压阀、主管道、压力传感器和泵均设置在所述液压系统内；所述系统压力表设置在所述液压系统表面；所述系统压力表跟所述液压阀机械连接；所述第一液压管道组的一端跟所述液压阀连接，另一端跟所述主缸连接；所述第二液压管道组的一端跟所述液压阀连接，另一端跟所述顶出缸连接；所述主管道设置在所述液压阀和泵之间，且所述主管道的一端跟所述液压阀连接，另一端跟所述泵连接；所述伺服电机跟所述泵机械连接。

进一步地，所述基于PLC控制器的节能油压机还包括：远程控制模块；所述远程控制模块采用PC机、平板或者手机。

进一步地，所述压力传感器采用压力表。

进一步地，所述基于PLC控制器的节能油压机还包括：电控柜；所述伺服驱动器设置在所述电控柜内。

进一步地，所述伺服驱动器采用IS580驱动器；所述伺服电机采用ISMG系列电机。

跟现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

满足原异步系统各工艺速度要求；从工艺上：该系统真正做到“按需给定”，节电率达30％以上；电机本身：同步电机效率比原异步电机效率高20％左右，电机本身效率更高更节能；改造后无高压溢流，因此油温比原系统低15℃以上；伺服电机响应更快，整个系统流量比原系统高，因此提升工作效率；提升工作环境，平均噪音比异步系统降低10～15dB左右；伺服系统软启动，降低对电气元件的冲击作用，延长电气元件使用寿命；伺服系统在原有冷却的条件下，油温明显低于原系统，系统泄漏减少，长期油封的寿命也明显增长；伺服系统速度闭环控制，定位更精准，系统精度提升；为后续厂商提高了成品率。

附图说明

图1是一个实施例的一种基于PLC控制器的节能油压机的模块示意图；

图2是一个实施例的一种基于PLC控制器的节能油压机的结构示意图；

图3是一个实施例的普通油压机和伺服油压机的能耗对比；

图4是一个实施例的电气方案设计拓扑原理图；

图5为一个实施例的电液伺服系统电气接线图；

图6为一个实施例的电液伺服系统控制过程图。

具体实施方式

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

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参考图1、图2所示，图1是一个实施例的一种基于PLC控制器的节能油压机的模块示意图，图2是一个实施例的一种基于PLC控制器的节能油压机的结构示意图。一种基于PLC控制器的节能油压机，包括：PLC控制器、触摸显示屏、油压机主体、第一液压管道组、第二液压管道组、压力传感器、液压系统、伺服电机、伺服驱动器和主油箱；所述液压系统包括：系统压力表、液压阀、主管道、压力传感器和泵；所述油压机主体包括：位于所述油压机主体顶端的主缸和位于所述油压机主体底端的顶出缸；

所述触摸显示屏、压力传感器和伺服驱动器分别跟所述PLC控制器电性连接；所述伺服电机跟所述伺服驱动器电性连接；所述主油箱设置在所述油压机主体的一侧；所述液压系统和所述伺服电机设置在所述主油箱的上表面；所述液压阀、主管道、压力传感器和泵均设置在所述液压系统内；所述系统压力表设置在所述液压系统表面；所述系统压力表跟所述液压阀机械连接；所述第一液压管道组的一端跟所述液压阀连接，另一端跟所述主缸连接；所述第二液压管道组的一端跟所述液压阀连接，另一端跟所述顶出缸连接；所述主管道设置在所述液压阀和泵之间，且所述主管道的一端跟所述液压阀连接，另一端跟所述泵连接；所述伺服电机跟所述泵机械连接。

在一个实施例中，所述基于PLC控制器的节能油压机还包括：远程控制模块；所述远程控制模块采用PC机、平板或者手机。

在一个实施例中，所述压力传感器采用压力表。

在一个实施例中，所述基于PLC控制器的节能油压机还包括：电控柜；所述伺服驱动器设置在所述电控柜内。

如图3所示，为普通油压机和伺服油压机的能耗对比，从图中可以看出，压机床专用液压伺服系统从根本上克服了传统油压机的这一弊病，当系统需要的流量发生变化时，马达的转速随流量命令大小的变化而改变，使得泵的排出的流量发生变化，即真正做到“要多少给多少”的控制，因此在油压机上的节能应用，对于减少能源浪费具有非常重要意义。具体地，伺服电机的转速由压力传感器传送给PLC控制器的数据决定，决定PLC给多少流量命令；压力传感器传送油压数据给PLC控制器，PLC控制器可以通过安装在液压系统上的系统压力表显示出来，PLC控制器还可以自行通过对接受到的油压数据的分析，通过伺服控制器智能地给伺服电机提供多少转速。

通过改变电机的运行状态：当电机需要一定转速时，通过流量信号给定使电机全速运行；当机台处于取件、保压或者快下时，均可以将电机停止不动，然后做其他动作时，电机跟随速度指令运作。

如图4所示，伺服驱动器包括电机和旋转编码器两部分；编码器起反馈作用，给伺服驱动器实时反馈当前转速，提高转速精度和响应精度；系统压力在触摸屏中设置，PLC和触摸屏通讯，然后PLC通过模拟量下发给伺服驱动器，驱动器根据压力指令旋转伺服电机，伺服驱动器根据压力传感器实现PID控制，最终实现系统压力稳定在设定的压力上。

IS580驱动器特点：

高性能：压力与速度响应更快，250KG压力超调5KG，压力振荡为2KG以内。

全系列驱动器整流桥侧增加直流电抗器，加强对逆变桥的保护。

驱动器采用第四代KT4的IGBT模块，寿命比第三代KT3超出2.5到3倍，KT4模块具有稳定性更强，热余量小，结温高等特点。

母线电容全面升级，适应电压380-480V，温度提升到105°。

整机保护性能更加完善(输出对地短路、缓冲继电器吸合保护、风扇驱动回路保护)

驱动器全系CE、UL认证，可适用323～528V的输入电网电压波动范围，且驱动器具备输入输出缺相、欠压等保护，在整个电网电压波动时，只要在323～528V范围以内都能正常工作，在突然掉电的时候，驱动器也会先跳保护，以保障驱动器的正常运行

ISMG系列电机特点：

电机风道特有设计，更低的电机温升；

通过专用仿真平台设计，具备更低电磁噪音；

精细的损耗分析、优化设计，更高电机效率；

针对锻压机床开发的专用电机，抗退磁能力强；

过载能力高；

节能过程分析：

快下时，整个伺服系统是停止的，而相比以前异步系统的高压溢流状态，此部分的能耗是完全省却。

压制拉伸过程中，系统所需的转矩一定，根据功率、转矩、速度之间的公式(功率＝转速*转矩/9550)可得：因为在实际压制过程中，滑块的工作速度完全通过伺服系统的“按需给定”(区别于异步机系统的节流调速)，因此伺服系统和异步系统相比，高压时的电机转速会比原异步系统的低，而转矩一定的情况下，此时的功耗也会相对较低，有一定的节能空间。

取放件过程：原异步系统是完全处于高压溢流状态，而伺服系统完全处于静止状态，因此此部分的节能空间是最大的。

伺服电机的效率在95％左右，而异步电机的效率最大80％左右(已经使用几年的异步电机，其效率还会更低)，因此，使用同步伺服系统整个电网的无用功会少20％左右。

如图5所示，在冶金行业液压系统中，要求压力始终恒定，但不同工艺阶段，所需流量不同，而目前系统绝大部分使用恒速恒压泵组，且工作过程中异步电机一直处于工频运转，对于部分流量需求极小的工艺环节(油缸停歇时)，多余的液压油只能通过高压溢流回到油箱(变量泵也不能做到绝对零排量，因泵自身润滑需要，最低也会有标称排量的5％左右的溢流)，这就造成了极大的能源浪费，同时也大大降低了电机的工作效率；据统计，由高压溢流造成的能量损失占整个能耗的30％～80％。随着电机及其控制技术的不断发展，电液伺服系统应运而生，伺服电机最大特点就是转速和扭矩可控，对于部分流量需求极小的工艺环节(油缸停歇时)，伺服电机通过降低转速，减少流量供给，使系统进入低速保压状态，从而降低能耗，实现节能目标，根据以往现场改造案例，节能率可达20％-50％甚至更高。

如图6所示，电液伺服控制系统实行，系统需要用多少压力和流量，就提供相应的压力和流量。速度环PID：步骤1：在未到达系统设定压力之前，驱动器执行速度闭环控制模式，电机以设定的转速转动，此时系统压力不断上升。压力环PID：步骤2：到达系统设定压力之后，驱动器执行压力闭环控制模式，伺服系统只负责维持压力恒定，电机转速根据系统流量需求自适应调整。

需要特别说明的是，上述涉及的算法均为本领域的现有技术，本实用新型并未对算法本身进行改进。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

需要说明的是，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于PLC控制器的节能油压机，其特征在于，包括：PLC控制器、触摸显示屏、油压机主体、第一液压管道组、第二液压管道组、压力传感器、液压系统、伺服电机、伺服驱动器和主油箱；所述液压系统包括：系统压力表、液压阀、主管道、压力传感器和泵；所述油压机主体包括：位于所述油压机主体顶端的主缸和位于所述油压机主体底端的顶出缸；

所述触摸显示屏、压力传感器和伺服驱动器分别跟所述PLC控制器电性连接；所述伺服电机跟所述伺服驱动器电性连接；所述主油箱设置在所述油压机主体的一侧；所述液压系统和所述伺服电机设置在所述主油箱的上表面；所述液压阀、主管道、压力传感器和泵均设置在所述液压系统内；所述系统压力表设置在所述液压系统表面；所述系统压力表跟所述液压阀机械连接；所述第一液压管道组的一端跟所述液压阀连接，另一端跟所述主缸连接；所述第二液压管道组的一端跟所述液压阀连接，另一端跟所述顶出缸连接；所述主管道设置在所述液压阀和泵之间，且所述主管道的一端跟所述液压阀连接，另一端跟所述泵连接；所述伺服电机跟所述泵机械连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制器的节能油压机，其特征在于，还包括：远程控制模块；所述远程控制模块采用PC机、平板或者手机。

3.根据权利要求2所述的一种基于PLC控制器的节能油压机，其特征在于，所述压力传感器采用压力表。

4.根据权利要求3所述的一种基于PLC控制器的节能油压机，其特征在于，还包括：电控柜；所述伺服驱动器设置在所述电控柜内。

5.根据权利要求4所述的一种基于PLC控制器的节能油压机，其特征在于，所述伺服驱动器采用IS580驱动器；所述伺服电机采用ISMG系列电机。