森蘭變頻器在B2151龍門刨上的改造方案

一、電氣改造方案

1、拆除兩套機(jī)組、直流主傳動電機(jī)、電控柜。

2、新做一臺電控柜（2200×1000×650），內(nèi)外噴塑，柜內(nèi)頂部安裝兩盞日光燈，方便修理人員工作，柜內(nèi)溫度由兩臺控制箱溫度調(diào)節(jié)機(jī)控制，以保證變頻調(diào)速系統(tǒng)、可編程控制器的可靠工作。

3、變頻調(diào)速系統(tǒng)的選擇方案：方案采用國產(chǎn)第一品牌的森蘭SB70G55變頻器，它是采用目前世界上領(lǐng)先技術(shù)的“高性能變頻器”，解決了機(jī)械沖擊振動的問題，真正的電流矢量控制，可以使機(jī)床在高效率、高精度狀態(tài)下運(yùn)行。外接制動單元和制動電阻，能使電機(jī)在1.5s內(nèi)停止；滿足頻繁快速啟、停及正、反轉(zhuǎn)；能夠在工作行程中根據(jù)加工的要求，自動而平穩(wěn)地變換速度；在正、反轉(zhuǎn)換向時，有加減速過程，防止對機(jī)械部分的沖擊和系統(tǒng)的電流沖擊；可在零到額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無級調(diào)速，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；系統(tǒng)有包括電機(jī)過熱保護(hù)在內(nèi)的許多保護(hù)功能。為保證調(diào)速精度和低速力矩，在變頻電機(jī)的尾部加裝高精度編碼器，構(gòu)成閉環(huán)矢量控制。

4、拆除主傳動直流電機(jī)，安裝一臺新的55kW變頻電機(jī)。經(jīng)過計算，55kW的變頻電機(jī)完全可以代替60kW的直流電機(jī)，滿足龍門刨床的工作要求。重做電機(jī)與減速箱的聯(lián)軸結(jié)及電機(jī)底座。

5、電氣部分采用西門子公司生產(chǎn)的S7-226可編程控制器，擴(kuò)充輸入輸出模塊，使輸入輸出口各為58，備用輸入輸出接口至少各5個。同時，增加二路D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，以便操作者能在人機(jī)界面觸摸屏上根據(jù)顯示的轉(zhuǎn)速數(shù)值設(shè)置正、反向工作時的轉(zhuǎn)速。

6、控制工作臺往復(fù)運(yùn)動的原機(jī)械限位開關(guān)，全部改用進(jìn)口名牌施耐德電氣公司生產(chǎn)的接近開關(guān)控制。

7、拆除舊的懸掛按鈕站，重制一個新的按鈕站，按鈕站上包括人機(jī)界面、急停按鈕及信號燈。按鈕站內(nèi)外噴塑。

8、工作臺正、反轉(zhuǎn)換向時，各增加一級減速功能，這樣即可防止刀具對工件的損壞，也可大大減少換向噪聲，減輕機(jī)械沖擊，延長機(jī)械部分的使用壽命。

9、在保證生產(chǎn)要求的情況下，其他功能符合原機(jī)床的要求。

10、電氣線路全部更換，限位開關(guān)更換新的。未更換的交流電機(jī)重新做試驗、檢修。

11、配合機(jī)械部分改造液壓潤滑系統(tǒng)。

12、機(jī)床與控制柜的連接線采用PVC管按規(guī)范要求安放。

二、B2151龍門刨改造優(yōu)勢對比

原系統(tǒng)的能量利用率較低，直流機(jī)組整流子易磨損，難維護(hù)。此次大修將原電控系統(tǒng)及交磁機(jī)組和直流電動機(jī)拆除，改用變頻器拖動交流變頻電機(jī)，驅(qū)動主工作臺的運(yùn)行。下面將從系統(tǒng)節(jié)能、系統(tǒng)可維護(hù)性、系統(tǒng)的運(yùn)行性能三個方面來討論改造后的系統(tǒng)比原系統(tǒng)存在的優(yōu)勢。

1.節(jié)能方面

1.1 原系統(tǒng)采用的是交流電動機(jī)帶動同軸直流發(fā)電機(jī)，由直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能再帶動直流電動機(jī)的拖動結(jié)構(gòu)。通過改變直流發(fā)電機(jī)磁場電壓，調(diào)節(jié)其直流輸出進(jìn)而調(diào)節(jié)直流電動機(jī)運(yùn)行速度。系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換過程包括由交流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能（交流電動機(jī)）再轉(zhuǎn)化為直流電能（直流發(fā)電機(jī)），最后轉(zhuǎn)化為機(jī)械能（直流電動機(jī)），能量轉(zhuǎn)換過程有三次，而每次能量轉(zhuǎn)化必然存在能量的損失，并且能量的轉(zhuǎn)換次數(shù)越多損失的能量也就越多。

改造后的系統(tǒng)采用交流變頻器拖動電機(jī)工作，其工作直接由電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，光其在能量轉(zhuǎn)換過程中損耗的能量就比原系統(tǒng)節(jié)省了三分之二。

1.2 原系統(tǒng)開機(jī)啟動后交流電動機(jī)以及直流發(fā)電機(jī)就一直處在啟動運(yùn)轉(zhuǎn)位置，空載損耗較大。同時，交磁機(jī)組調(diào)速模式在直流電動機(jī)制動運(yùn)行時，大部分的能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗在機(jī)組各個電機(jī)中，直接導(dǎo)致能量利用率較低。

使用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，工作臺不運(yùn)行電機(jī)就不消耗任何能量，系統(tǒng)待機(jī)損耗大大減少。

2.維護(hù)方面

2.1 原系統(tǒng)機(jī)組存在直流電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)，二者的整流子和炭刷經(jīng)常需要維護(hù)，同時直流電機(jī)損壞率高，維修周期長，費(fèi)用也較高。

改造后系統(tǒng)選用鼠籠式異步電動機(jī)，該電動機(jī)使用周期長，維修費(fèi)用較低。

2.2 原電氣控制柜采用分立繼電器控制，控制電路節(jié)點(diǎn)多，線路復(fù)雜，發(fā)生故障后定位難，排查難。

改造后系統(tǒng)采用PLC可編程控制器控制，外圍電路簡單，使系統(tǒng)故障率大大降低，減少維護(hù)工作量。

控制系統(tǒng)配置工業(yè)觸摸屏作為人機(jī)對話接口，提供全中文圖形化操作界面，在觸摸屏上有完整的故障顯示、診斷和記錄，并且整個系統(tǒng)的各個節(jié)點(diǎn)狀況可記錄，隨時可以察看。

2.3 原系統(tǒng)采用的行程開關(guān)，可靠性不高，節(jié)點(diǎn)接觸面很容易由于老化、機(jī)械磨損而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)動作反應(yīng)不夠準(zhǔn)確，使系統(tǒng)發(fā)生故障，所以必須經(jīng)常檢查各個行程開關(guān)的節(jié)點(diǎn)狀況。

改造后的系統(tǒng)采用的是高性能無觸點(diǎn)電感式接近開關(guān)，不會存在節(jié)點(diǎn)的老化和磨損，使系統(tǒng)的可靠性大大提高，且無需更換。

3.性能方面

3.1改造后系統(tǒng)采用專用的交流變頻調(diào)速電機(jī)，使用高性能的矢量控制變頻器調(diào)速，實現(xiàn)了數(shù)字化調(diào)速，比較原系統(tǒng)的模擬直流調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速精度大大提高，同功率下輸出力矩更大，使工作臺運(yùn)行更加平穩(wěn)，輸出的刨削力度更大。

3.2 系統(tǒng)控制采用PLC（可編程控制器），配合數(shù)字變頻器，通過精心編制的軟件，實現(xiàn)對加減速的智能控制，能根據(jù)不同的速度設(shè)定最佳加減速時間，使換向更加平穩(wěn)，無沖擊，延長機(jī)械傳動系統(tǒng)壽命，滿足工件的各種工藝要求。

三、B2151龍門刨床變頻改造說明

某廠B2151龍門刨床是三零五廠于70年代初生產(chǎn)的6米刨床。

1、電機(jī)

龍門刨共有7臺電機(jī)。MG為主工作臺拖動變頻電動機(jī)（55kW/6P）；FL為主工作臺變頻電機(jī)風(fēng)機(jī)電動機(jī)（550W）；MC為垂直刀架電動機(jī)（2.2kW）；MY為側(cè)刀架電動機(jī)（2.2kW）；MH為橫梁升降電動機(jī)（5.5kW）；MR為潤滑泵電動機(jī)（250W）；MJ為橫梁夾緊放松電動機(jī)（750W）。

2、主工作臺控制：

主工作臺由變頻器帶動變頻電機(jī)進(jìn)行拖動運(yùn)行。工作臺的運(yùn)動動作有步進(jìn)、步退、前進(jìn)、后退等，由安裝在床身側(cè)的8個限位（前進(jìn)及后退各4個）接近開關(guān)來控制。步進(jìn)、步退操作為按下運(yùn)行，松開即停止運(yùn)行，且步進(jìn)、步退不受油壓及各限位接近開關(guān)的限制（可自由設(shè)置），此種工況是針對于用戶檢修油路及工作臺下其它設(shè)備而設(shè)置。

按下前進(jìn)、后退操作按鈕時，工作臺按已設(shè)定的速度進(jìn)行自動運(yùn)行。當(dāng)工作臺限位桿接觸到第一個限位接近開關(guān)時，工作臺按已設(shè)定的預(yù)減速速度進(jìn)行減速。接觸到第二個限位接近開關(guān)時，工作臺減速。接觸到第三個限位接近開關(guān)時，PLC給出停止指令，同時換向進(jìn)行逆向運(yùn)行。工作臺運(yùn)行時，如果越位接觸到第四個極限安全限位接近開關(guān)，PLC程序?qū)⒆尮ぷ髋_強(qiáng)制性停止或換向（按觸摸屏設(shè)置），以防止工作臺沖出去。

如果要求工作臺停止運(yùn)行，可按停止按鈕即可斷開工作臺控制電路，工作臺便制動停車。此時變頻器直流母線上電壓通過制動單元將能量回饋給電網(wǎng)。

工作臺在運(yùn)行過程中，若潤滑油泵電機(jī)回路或工作臺電機(jī)回路故障，工作臺會在切削過程走完此一行程，在前進(jìn)末了或后退時才能停止。設(shè)置這個保護(hù)環(huán)節(jié)的目的是在切削過程中發(fā)生故障突然停機(jī)，會造成刀具損壞，或影響加工工件的表面質(zhì)量。因此發(fā)生故障后，讓它在后退末了時停機(jī)。

3、潤滑油泵控制

工作臺運(yùn)行時需加以潤滑，所以工作臺在開動時必須開動潤滑油泵，在電控柜上，潤滑泵控制開關(guān)共有三個工作位置，向左位置為﹤自動運(yùn)行﹥，中間位置為﹤零位﹥，向右位置為﹤連續(xù)運(yùn)行﹥。工作臺不工作而需要潤滑泵運(yùn)行時，將此開關(guān)置于﹤連續(xù)﹥位置，工作臺自動工作時，此開關(guān)置于﹤自動﹥位置。

油泵電機(jī)工作后，潤滑泵上油，至一定壓力時，壓力開關(guān)接點(diǎn)接通，為工作臺自動工作準(zhǔn)備條件。

4、橫梁控制回路

橫梁運(yùn)動有上升、下降移動，橫梁放松、夾緊動作。

橫梁動作在PLC程序中與工作臺運(yùn)動有聯(lián)鎖，只有在工作臺停止工作時，才能操作橫梁運(yùn)動。反之，只有當(dāng)橫梁運(yùn)動已停止且已夾緊時，工作臺才能操作運(yùn)行。

需要橫梁作上下移動動作時，按下相應(yīng)操作按鈕，此時橫梁夾緊放松電機(jī)運(yùn)行，橫梁逐漸放松，當(dāng)碰到放松行程開關(guān)后，橫梁放松夾緊電機(jī)停止，然后橫梁作上下移動。當(dāng)上下移動到位或碰到橫梁上升限位行程開關(guān)或下降限位行程開關(guān)后，橫梁停止運(yùn)行。橫梁夾緊電機(jī)動作，將橫梁逐漸夾緊。橫梁放松夾緊電機(jī)采用變頻器傳動，當(dāng)夾緊力矩達(dá)到設(shè)定力矩時，橫梁放松夾緊電機(jī)自動停止運(yùn)行。此時，工作臺才能操作運(yùn)行。

橫梁下降時，當(dāng)下降按鈕松開后，橫梁電機(jī)尚有回升動作以消除絲桿與螺母間隙。此時將逆向上升運(yùn)行一段時間，然后停止夾緊。此時間由用戶在觸摸屏上可自由設(shè)置。

5、抬刀控制電路

電控柜上有3個刀架抬刀開關(guān)，在工作臺運(yùn)行中需要哪個刀架抬刀，可將相應(yīng)抬刀轉(zhuǎn)換開關(guān)置于﹤開﹥位置。刨床采用直流電磁鐵抬刀，工作臺后退時，PLC程序?qū)⒆屘У督佑|器接通，然后經(jīng)過全橋整流模塊，給抬刀線圈加上直流電壓，抬刀動作。當(dāng)工作臺前進(jìn)時，抬刀線圈斷電。

6、刀架控制電路

刀架的控制有快速移動和自動進(jìn)給兩種工作狀態(tài)。當(dāng)裝在進(jìn)給箱上的快速移動與自動進(jìn)給轉(zhuǎn)換手柄放在﹤快速移動﹥位置時，在懸掛按鈕站上操縱相應(yīng)操作按鈕，刀架按所需要的方向作快速移動。刀架電動機(jī)只有一個運(yùn)動方向，刀架運(yùn)動方向的改變是靠機(jī)械來實現(xiàn)的。

當(dāng)自動工作時，手柄應(yīng)放在﹤自動進(jìn)給﹥位置，保證工作臺自動工作時不能進(jìn)行快速移動。工作臺后退末了，刀架電動機(jī)得電使刀架進(jìn)刀。前進(jìn)換后退時，電動機(jī)短時反向運(yùn)動，使進(jìn)刀機(jī)構(gòu)復(fù)位，準(zhǔn)備下一次進(jìn)刀。懸掛按鈕站上，刀架及橫梁的按鈕邊為按下工作，松開停止?fàn)顟B(tài)。

7、觸摸屏的操作及顯示

觸摸屏操作時只需用手指輕觸屏的表面即可。觸摸屏可顯示及設(shè)置各種工藝參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等，用戶可根據(jù)顯示進(jìn)行操作設(shè)置、查詢。