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吐胶机器人直流系统改成变频系统技术（技术论文）工 作 单 位： 姓 名： 吐胶机器人直流系统改成变频系统技术 上汽通用五菱汽车股份有限公司熊树林 高级维修电工摘要：本文分析了升吐胶机器人是自动执行工作中的涂胶装置。它运行预先编排的程序，根据以人工智能技术制定的原则行动，在运行的这一过程中有效的解决了人机工程，吐胶质量是通过直流控制板改变直流电机的电压来调整的，而电压的频繁波动，会使直流控制板上电气元件寿命缩短。其中使用直流控制系统运行过程中，稳定性低，成本高、维修困难、配件购买周期长等缺点，采用三菱的A500变频器作为代替原来进口的美国进口保德牌KBRG-240D直流电驱动器在设备运行，将使用变频器应用于控制系统中，提出高了控制系统运行的稳定性。对于企业提高经济效益、节能降耗、提高设备技术含量、安全、稳定运行具有很好的促进作用。关键词：涂胶、变频器；调速；成本一、概述上汽通用五菱股份公司的东部涂装车间A线吐胶机器手的供胶电机用于机器手吐胶时提供动力。此电机无论是在吐胶时还是设备不吐胶、处于等待状态时都是处于运转状态，而涂一块玻璃时间为23S，生产线节拍为110S，因此，一个节拍内87S的时间电机都处于非增值的能耗阶段。其次，由于车间工艺对胶型的要求，电动机在吐胶的过程中没必要以180V的电压全速运转。胶型的决定因素：柱塞泵的气压、齿轮泵转速和机器手的移动速度。在柱塞泵气压不改变的情况下，齿轮泵的转速和机器手的移动速度对胶型的影响是成正比的关系。因此，当齿轮泵的转速降低时，可以通过降低机器手的移动速度来实现胶型的保持。在满足工艺要求、胶型保持良好的情况下，电动机在175V工作电压下的全速运转对电能也是一种浪费。设备运行中发现，吐胶量是通过直流控制板改变直流电机的电压来调整的，而电压的频繁波动，会使直流控制板上电气元件寿命缩短。机器手启用至今，3年内已经更换过3块控制板，维修成本高达3万元。每次控制系统故障造成生产停线时间约为4小时30分。不仅造成生产停线，而且存在维修周期过长。二 、变频器控制节能原理1、电机特性分析：根据交流电动机的工作原理： N=60Pf(1-S)(6) 式中： f为电机的电源频率； p为电机的磁极对数；S为转差率。由于电机的S和P为常数，所以（6）式可知电机的转速与电源频率有固定的正比例关系。2、节能原理由电机特性分析可知，均匀改变升降台电机供电频率F，就可以平滑地改变电动机的转速，从而改变减速机的转速；结合升降台的减速机特性分析，降低电动机转速，电动机输入功率也随之减少，减速机功率就相应减少。这就是变频器控制升降台的节能原理。另外，升降台采用变频器调速以后，可以根据工艺的需要，实现升降台的软启和软停，从而使升降台冲顶(接触器的主触点易粘死)现象得到解决。而且在电机减速的情况下，可以降低减速机的转速，这样不仅避免了电机长期工作在满负荷状态，造成的电机过早的老化，而且变频器的软启动大大减小升降台启动时对机械的冲击，也具有节能的作用，其节电率一般在15%-40%左右。采用变频器运转，随著电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同，为125%200%)。用工频电源直接起动时，起动电流为67倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长)。起动电流为额定电流的1.21.5倍，起动转矩为70%120%额定转矩；对於带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。三、吐胶机原来系统分析工作电压：0-180VDC额定功率：0.75HP（1.5KW）转 速：1750RPM 1由于空闲时电机的转动，对电能是一种浪费。涂一块玻璃的时间大约是23S，则除了这23S以外的时间的电机的能耗都是一种浪费。控制系统存在缺陷。直流系统难维修：两级电压控制不能调速，不能符合机器人涂胶速度调节要求；控制方式不对：等待空转不停机，造成电机、驱动器工作时间长，易损坏。 2直流电动机和直流控制板价格昂贵；采购周期为97多天，机器手启用至今，3年内已经更换过3块控制板，维修成本高达3万元。成本高、周期长是四、吐胶机系统改进 采用三菱的A500变频器作为代替原来进口进口的直流电驱动器KBRG-240D；采用上海麦奇型号：VF G90L-50-4-1.5K,额定电压：380VAC、功率：1.5KW、转速：1750RPM国产交流电动机代替进口的直流电动机。系列变频器是低噪声、高性能、多功能、电压矢量控制通用变频器。改进1、（1）改造成交流变频系统：机器人工作状态与停止状态的转换（2）设计一套交流电动机与原来离合器的接口部件，确保交流电动机能够与原来离合器保持良好的配合，如图18：（3）设计一条底座调节装置，以利于交流电机的位置调节。此连接器的一端连接交流电机，另一端连接离合器，将电机的驱动力传递给离合器，进而带动齿轮泵转动。图纸19：（4）机器手程序的改写，配合交流电动机的动作 当胶枪移动到玻璃上方准备吐胶时，需要发出一个信号给供胶系 统，才能完成整个的吐胶过程。信号的发出命令如下：TOOLON 对应的梯形图程序：0100 STR #5270 开始工作0101 OR #30470102 OUT #4170 开始作业应答在XRC柜里对应的线端为3047端子修改后的机器手程序部分如下：0010 MOVL V=180.00011 MOVL V=180.00012 MOVL V=160.0修改后的机器手程序确保了交流电机的低能耗运转，为降低成本、节能减排行动作出了重要的贡献。 改进2：改成国内易购买的备件，降低成本美国进口保德牌直流电动机工作电压：0-180VDC、额定功率：0.75HP（1.5KW）转 速：1750RPM；更换成国产的上海麦奇交流电机，型号：VF G90L-50-4-1.5KW额定电压：380VAC，功率： 1.5KW、转速： 1750RPM美国进口保德牌KBRG-240D 改用三菱的A500变频器，参数如下：型号：FR-A540-2.2K-CH功率：2.2KW输入参数：3PH 380VAC 50HZ这三菱的A500变频器、上海麦奇型号：VF G90L-50-4-1.5K国内易购买的备件，成本变频器价格+交流变频电机价格=2100元+1800元=3900五、效果检查验证1：改造成交流变频系统控制运行。 当直流系统改成交流变频系统安装完毕后，对机器人供胶系统进行检查监控每个动作环节，消除了空转的等待运行的浪费，能实现无级调速，有效控制供胶系统供胶的快慢，提速快并可调时间，实施效果都得到了大大地改善。变频器的工作曲线图如20：原来直流电机运行曲线如图21：从上面两图对比可以看出，交流电机的运行能耗大大低于直流电机的运行能耗。下面通过计算来对前后两种装置的能耗进行对比，具体如图22、图23：非增值（秒）每天空转时间（小时）每天耗电量（度）直流系统控制872030变频系统控制000图24验证2：改成国内易购买的备件，降低成本图25改造成交流变频系统控制运行后一年来，各参数达到控制要求，并没有出现变频器、电机烧坏、损坏的现象，购买配件在本地可以直接购买，方便、及时，备件成本高；采购周期长的问题可以解决了。控制模式采购价格（元）总价格 (百元)供货周期（天）降低% 调速级别直流系统进口电机37777492.097390049290=7.9% 降低了90% 两级变速驱动控制板1151330变频系统交流电动机180039.05无级调速变频器21005图26六、经济效益计算：（1）全部以按生产24小时制计算：三班制，每班实际生产7小时，A线线速110S、32.7GPH，每月25天、全年(每月生产25天每年12个月)=300天计算：电机每天带负载的运转时间：23SX32.7GPHX7小时=15794S=4.4小时图27改造前后每年电力上节约的成本：9000 kW*hX0.685元/ kW*h（和动力公司结算价）=6165元（2）从维护配件成本方面计算：改造前：直流电机控制器价格+直流电机价格=11513元+37777元=49290元改造后：变频器价格+交流变频电机价格=2100元+1800元=3900元改造前后成本的节约额：49290元-3900元=45390元（3）维修成本： 4（维修耗时）12（月）13.68（人均工资）2(人数）= 1313元总节约成本=每年电力上节约的成本6165元+维护配件成本45390元+维修成本1313元=52868元 结束语：变频器控制以后，不但关闭直流控制系统故障率高，维修困难，成本高的、问题，降低购买配件周期长，并且使系统始终处于节能状态运行，延长了设备的使用寿命，减小了维修工作