一种新型淬火机的设计研发

曲武广

摘 要：本文研发设计了一种节能省电、绿色环保且有利于电网长久使用的淬火机，其主要由驱动装置、定型淬火结构以及位于淬火机底部的装载有淬火液的淬火池组成。同时，淬火机还包括控制变频器泵工作状态的PLC控制器。该淬火机能有效避免空载时不必要的电能浪费，绿色环保。

关键词：淬火机;PLC控制;变频器

中图分类号：TG155.3;TP273文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）16-0065-02

Abstract： This paper developed and designed a quenching machine which can save energy， save electricity， protect environment and benefit the long-term use of power grid. It mainly consists of driving device， setting quenching structure and quenching tank with quenching liquid at the bottom of the quenching machine. At the same time， the quenching machine also includes a PLC controller which controls the working state of the frequency converter pump. The quenching machine can effectively avoid unnecessary waste of electric energy when no load， and is green and environmental protection.

Keywords： quenching machine;PLC control;frequency converter

1 研究背景

淬火机主要由液压作为驱动动力，用于对加热后的工件定性冷却的装置。在进行工件加工时，可能出现某个环节堵塞造成工件不能及时供应，这时淬火机处于空载状态，而淬火机内的泵油泵仍然以工作频率运转，造成电能浪费。尤其是在流水线生产中，若干个淬火机一同工作，工件一旦供应不足，若干个淬火机同时处于空载，造成的浪费更加严重。现有的泵油泵在启动或关闭瞬间对电网造成很大冲击，加速了电网和供电设施的老化[1]。

针对上述问题，本文研发设计了一种节能省电、绿色环保且有利于电网长久使用的淬火机。该淬火机主要采用PLC控制器对淬火机的控制系统进行控制。

2 设计内容和结构

本文研究设计的淬火机主要由驱动装置、定型淬火结构以及位于淬火机底部的装载有淬火液的淬火池组成。驱动装置主要为液压装置，为定型淬火结构提供动力。液压装置主要包括供油池、位于供油池的泵油泵以及通过供油管与供油池连接的液压缸;泵油泵前端设有变频器。淬火机还包括控制变频器泵工作状态的PLC控制器，PLC控制器是由一个触控屏组成[2]。图1是淬火机的连接示意图。

淬火机通过变频器的设置使得泵油泵可以根据工作状态改变输出能耗的大小，从而能达到节能省电、绿色环保的目的，同时有利于电网的维护。变频器的输出频率控制有以下三种方式。

①操作面板控制方式。该方式是通过操作面板上的按钮手动设置输出频率的一种操作方式。具体操作方法有两种：一是按面板上频率上升或频率下降的按钮调节输出频率;二是通过直接设定频率数值调节输出频率。

②数字量控制方式。变频器常设有多段频率选择功能。各段频率值通过功能码设定，频率段的选择通过外部端子选择。变频器通常在控制端子中设置一些控制端，这些端子的接通组合可通过机外设备，如PLC控制实现。

③模擬量控制方式。为了方便与输出量为模拟电流或电压的调节器、控制器的连接，变频器还设有模拟量输入端。当接在这些端口上的电流或电压量在一定范围内平滑变化时，变频器的输出频率在一定范围内平滑变化。

然而，上述方法控制方法均存在较大局限：接线多且传送的信息量有限。

为了解决上述问题，本文对淬火机PLC控制器监控变频器进行重点设计。通信时使用的接线少，传送的信息量大，且可以连续地对多台变频器以及泵油泵进行监控和控制，还可以通过通信修改变频器参数，从而控制泵油泵的工作，实现多台变频器、泵油泵的联动控制和同步控制[3]。淬火机控制信号的传递如图2所示。

变频器可以采用西门子的MicroMaster440/420（以下简称为MM440/420）。该变频器是用于三相交流电动机调速的系列产品，由微处理器控制，采用绝缘栅双极性晶体管（IGBT）作为功率输出部件，具有很高的运行可靠性和很强的功能。其采用模块化结构，组态灵活，有多种完善的变频器和电动机保护功能，有内置的RS-485/232C接口和用于简单过程控制的PI闭环控制器，可以根据用户的特殊需求对I/O端子进行功能自定义。快速电流限制（FCL）改善了动态响应特性，低频时也可以输出大力矩。

用户在设置变频器参数时，可以选用价格便宜的基本操作面板（BOP），或具有多种文本显示功能的高级操作面板（AOP）。AOP最多可以存储10组参数设定值。

MM420的输出功率为0.12～11kW，适合于各种变速传动，尤其适合于作水泵、风机和传送带系统的驱动控制。

本文设计的淬火机可以选用MM420变频器，其功率为3kW。采用接线和控制都比较方便的USS通信方式，通过串口与PLC控制器连接。通过PLC控制器的设置，简单实现变频器的灵活控制。

另外，淬火机通过PLC控制器触控屏的设置提供了一种操作简单、使用方便，大众熟悉的控制指令输入接口，提高了淬火机的使用性能。

3 结论

本文研发设计的淬火机以液压装置为驱动装置，具有动力输出平稳、控制精确的特点。同时，采用在泵油泵前端设置变频器的设计，有效避免了淬火机空载时不必要的电能浪费，绿色环保，且在变频器控制下泵油泵的逐步启动以及关闭能有效延长电网寿命。

参考文献：

[1]刘玠，孙一康.带钢热连轧机算机控制[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]陆之谔，蔡林松，赵爱菊.淬火线冷却水流量自动控制[J].北京交通大学学报，1996（4）：513-516.

[3]苏建明，王京，郭强.智能自适应逆控制在无压式淬火机上的应用[J].工业仪表与自动化装置，2003（5）：24-25.