气刨焊机节能技术开发与应用

刘东伟

（广东精工钢结构有限公司广东省佛山市528000）

摘要：节能降耗是我国经济可持续发展战略的重要任务，对于企业来讲节能可以降低制造成本，特别是当前竞争激烈物价飞涨，企业利润越来越低甚至亏损，所以企业必须从多方面来降低成本，其中节能降耗必不可少，比如采取错峰用电、改造设备、变频技术应用等等。我们公司是用电大户，降低电力成本是势在必行的，设备改造也在陆续的研究开发中，下面就以公司的ZX5-1000气刨焊机为例，探讨一下其节能的效益及节能技术开发。

关键词：气刨焊机，简称“气刨”、节能、控制器、单片机

1气刨焊机的电能浪费

我们公司的气刨焊机为老式的直流焊机，型号为ZX5-1000，和当前的逆变式焊机相比，在待机状态是比较耗电的。它的主体结构就是一台大功率的变压器，满载时功率为64KW，空载时实测电流为10A，根据公式P=√3UICOS¢=1.732*380*10*0.8=5.265KW，由于气刨的工作性质，会经常处于待机状态，经过几天的观察和总结，气刨平均使用5分钟会停5分钟，也就是说一台气刨工作8小时时有4小时是处于待机状态，按照平均电费1.0元千瓦/小时计算，每天要浪费5.265*4=21.06元，如果晚班使用气刨则浪费更大。我们公司目前有46台气刨，如果每天开机则每天会浪费约21.06*46=968.76元，每年浪费约35.4万元，可想而知气刨焊机有巨大的节能空间。

2气刨焊机的节能效益

从以上的数据可以得出，每年每台气刨浪费电能7686.9千瓦，我们公司有46台气刨，如果全部进行节能改造，理论上每年可以节省35.36万千瓦，按每度电1元计算就可以为公司降低电力成本35.36万元。实际上在工作时由于待机休眠状态按照节约80%计算，则35.36*80%=28.29万元，所以气刨的节能空间是非常大的，效益也是非常可观的。如下表改造前后对比表：

3气刨焊机的节能方法

由于气刨焊机使用时间和待机时间都差不多，那么最快的办法是使用完毕马上关闭气刨总电源，但是实际上焊工在操作时比较困难，会频繁的做一些无用工时，降低电力成本的同时也降低了产量对生产极为不利。那么我们就需要研究一种自动控制器，使气刨在不用时自动关闭总电源，使用时自动打开总电源，来达到节能的目的。传统的做法是在焊枪上安装一个控制开关，将开关信号引到主机对主电路进行控制，但此方法对于我们公司的气刨来说，改造费用较高，维修工作量较大，不宜采用。市场有成品的焊机节能控制器，但是其一般用来控制500A以下的焊机，且控制器本身体积较大，需要独立安装。还有就是自行设计适用于该设备的节能控制器，设计的要求要低成本、体积小、工作可靠，便于安装，能够在没有使用时断开主电源，使用时迅速接通主电源使之正常工作。

4气刨节能技术开发和分析

4.1.气刨反馈电路分析；

三相主变压器接通后经过可控硅及整流管输出60V直流电压，正极输出前端有一个分流器，用于显示焊接电流以及将通过分流器的微小电压送到主控板的运算放大器，将信号放大然后一路信号经过三极管驱动小继电器作为外接控制（备用），一路信号送到驱动电路用作电流反馈，（保持焊接时电流恒定），主控板的电源由控制变压器提供。

4.2.气刨节能控制技术的探讨；

深入了解该气刨工作控制原理后，对气刨节能控制技术的研究有非常大的帮助，有利于简化设计，和设计的成功率。在此我研究了一款由单片机控制的控制器，其原理就是当气刨开机没有焊接时，控制器停止输出控制信号使主接触器不吸合，当需要焊接时焊枪接触构件，控制器0.1秒内输出控制信号，接触器在同一时间吸合接通主电源，焊机正常工作，停止焊接时间超过1分钟（时间可以随意调节）控制器的控制信号自动断开，这样循环工作达到气刨节能的目的。

4.3.气刨节能控制器的设计分析；

根据以上的控制要求设计出一款控制器；控制器的控制电源由气刨控制变压器提供，控制器由单片机，关电耦合、继电器、三极管、二极管、电阻、整流稳压电路构成，总费用约30元。整流稳压电路负责将控制变压器的交流电源整流滤波后输出稳定的5V直流电压为单片机供电，单片机的P1.7脚为控制脚，目的是输出控制信号控制气刨主接触器通断，P1.3脚为保持信号脚，该信号外部来至气刨主控板的21和23脚，其功能是在焊接时持续为单片机提供信号使单片机P1.3脚为低电平，当P1.3脚为低电平时，P1.7持续输出高电平时主接触器一直处于接通状态。P1.2脚为启动信号，启动时该脚为高电平，该信号的外围电路设计的非常巧妙，5V电压经过1K电阻经过反向二极管再分压，经过输出继电器为光电耦合器供电，此时P1.2脚是低电平，当控制器第3脚开始焊接时，3脚与GDN短路光电耦合器失电，P1.2脚变为高电平，内部程序启动，P1.7输出高电平，使气刨开始工作，此时P1.2脚不管是高电平还是低电平都不影响其当前的工作状态，启动以后输出继电器是吸合的，此时启动信号断开保护了光电耦合器，焊机输出的60V直流电在反向二极管的作用下不会将电压返回到系统工作电源中，起到了保护和稳定系统的作用。当没有焊接时，单片机检测到外部P1.3脚在设定的时间内没有焊接信号立刻关闭P1.7脚，气刨处于休眠待机状态，如此循环。

5气刨节能控制器的安装调试

设计制作完成后要对控制器进行调试和验证，先从主机控制变压器取出12V交流电压为控制器供电，控制器的1、2脚接分别接到气刨焊机电路62、36脚，4、5脚接主控板35、38脚（电流信号），3脚接气刨焊机输出正极，6脚接气刨焊机输出负极，此时安装完毕，整个控制板的大小约香烟盒大小，可直接安装在气刨控制箱内部。开机进行试机完全达到设计要求，不需要调试。

6结论

节能技术越来越多的得到应用，特别是近几年逆变焊机的发展、变频技术的应用，节能产品也随处可见，像LED光源、无极灯等等，都离不开科研人员不断地创新与设计，在我们工厂里也可以合理的对设备进行改造达到节能的目的。气刨控制器的成功研发使得一台气刨每年节约电力成本约7000元，该控制器研发成功应用到我公司气刨上已经2年，从未出现故障，实践证明大批量改造是非常可行且非常有必要的。

参考文献：

[1]ZX5-1000成都振中电焊机厂弧焊整流器说明书2012.09.12