自动化生产线机械加工设备的电气节能控制策略研究

机械加工设备是自动化生产线最核心的载体，其电气系统在整个过程中占有非常重要的作用。在整个生产过程中，耗能主要发生在以电作动力源的电机驱动上、控制电路及液压、气动系统中等许多部分。随着企业对于节能减排要求越来越高，如何利用控制手段降低电力消耗也成为目前制造系统转变的热点问题。电气节能工作不仅是一种技术上的要求，还涉及到企业的管理和维护等诸多方面的工作。基于此点，文章研究的自动化生产线上机械加工设备的控制逻辑、电气能效管理以及系统反馈等多方面的研究，并形成可以操作和能够复制的一套节能控制策略。

一、自动化加工设备电气能耗构成分析

（一） 主轴电机与伺服系统的高负载运行研究

主轴电机和伺服驱动系统在设备运作时执行主要加工任务，运作时长较长，负载波动频繁，能源消耗所占比例较高。主轴系统大多采取变频控制，不过其运作策略常常并未按照实际负载需求实施动态调节，在轻载状况下依然维持着高功率输出，造成大量无效能耗。而且，伺服电机由于响应速度需求较高，所设加减速曲线较陡，频繁启动与制动期间电能浪费严重，而且给供电系统带来较大冲击。针对此现象，应该剖析加工任务结构，制订依照实时工艺条件的功率调度模型，做到负载适配控制，缩减高峰功率占比，改善整体能效水平。

（二） 辅助系统与控制模块能耗分布较广

自动化加工设备除了主要驱动以外，控制器、传感器、PLC、液压、冷却系统等设备都存在较大范围连续的能源消耗，并且存在较多冗余的控制模块。很多控制单元固定运行于高频响应中，并无负载。冷却及润滑多以恒定频率运转，并非按照作业节拍或工艺需要。很多系统设备在闲置或者空闲时未采取分级关闭的方法保持供电。形成多级功率响应模式和模块化启停逻辑，可以针对不同的设备运行情况，自动调节其辅助能耗，分布式节能。

（三） 设备待机与怠速状态下的隐性能耗问题

机械加工设备有诸多非连续作业时间，设备未执行加工任务，但电源打开，主控模块、显示器、变频器等依然持续运转，这就是“隐性耗能”。操作人员为了追求响应速度，不愿意频繁关机，造成长时间怠速运行。监测数据表明，在中小型加工车间，设备待机耗电量能占据日均总耗电的三分之一。通过设置依靠工艺节拍和人员操作行为识别的智能待机逻辑，可以保证响应速度，又能做到能耗动态调节，削减非生产时段的电力浪费。

二、电气节能控制策略的系统化路径

（一） 集成智能变频控制系统达成动态能耗匹配

自动化加工设备里的电机驱动系统属于节能控制的关键部分，利用智能型变频器结合工艺自学习模块，可以做到运行负载同电机输出的即时调整匹配。这种策略要依靠历史运行数据和即时监测信息创建起负载模型，判断加工任务的种类及其能量需求，进而调节电机的转速、转矩以及运行频率。系统应该具有边运行边学习的能力，不断改进运行曲线和节能策略。在一些设备里还可以设置最小工作状态模式，当系统察觉到任务间隙的时候就自动切换到低频或者休眠状态，从而达成不影响工艺精度的低能运行。在此情形之下，高峰能耗明显被缩减，能源使用

曲线得到改良，运行效率有所提高。

（二） 构建集中控制平台以实现多设备协同节能

传统自动化车间里，各个设备各自运行，控制彼此之间并不联动，难以做到能源使用上的协同管理。搭建一个以 MES 系统为主核心的集中控制平台之后，可以对各台设备的电气状况实施统一调度并协同优化。系统通过采集各种运行数据，包含加工状态、能耗指标、作业节拍等等，把这些数据集中起来加以分析，进而智能地分配任务负载。该平台应当采用负荷预测和动态排程算法，依照能源利用效率高低的优先级来安排任务的先后顺序，防止多台高耗能设备一同启动引发电力峰值。而且，平台还能够执行区域化控制，按照设备所处的区域以及任务流转路径，对照明、通风这些辅助系统实行联动启停，从而削减总的能源开支。

（三） 构建边缘控制机制增强局部快速响应能力

系统在集中控制基础上，加入边缘计算架构能够提升其分布式智能化水准，加快节能响应的速度与精确度。每台设备装有边缘控制终端，可以实施即时采集、剖析并且执行控制命令的操作，按照设备当下运转状况自行判定是否要进入到节能模式当中。整个系统能内置一些学习类程序，找出比较常见的操作行为以及作业规律特征来调节冷却风扇或者液压泵之类部件的工作速率高低。还可能存在接入到环境传感器以及人机交互相关器材的情况出现，在这种情况下，就可以根据人们工作期间和外界气温高低状况自动实行相应开关功能了。此策略加强系统边缘处自我掌控的功能效果，在减轻控制中心负荷负担的情况下，也增强了对节能响应速度的加快提高能力层次。

（四） 变压器经济运行节电技术在供配电系统效率提升中的应用研究

变压器经济运行是节能节电技术的核心，能将电能转化为机械能、热能等形式。变压器经济运行基于“电网运行方式”和“设备状态”两个方面，在电网中通过优化调度控制达到提高电压质量、降低损耗及减少事故发生的目的。变压器是由绕组、铁心两个部分组成的电力设备，其工作原理是利用电磁感应作用，把交流电转换成直流电，再以高频电磁场使之加速放电而产生电流。在电力系统中，变压器的运行效率直接关系到整体能效水平。通过合理选择运行台数、调整分接头位置及负载分配，可显著降低空载损耗与负载损耗。借助智能监测与控制技术，实现变压器状态的实时评估与预测维护，有助于延长设备寿命，提高运行可靠性，同时达到节能降耗的目标。

三、结束语

在自动化生产被广泛应用的背景下，机械加工设备电气系统的节能控制成了提升工业能效的关键部分。利用智能变频控制、集中协同调度、边缘响应机制以及可视化能效管理等办法，可以形成起一套系统性、高效能、可持续的电气节能控制体系。这样既有益于削减生产成本，又给制造业绿色转型和高质量发展给予技术支撑和操作途径。

参考文献

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