變頻器在2654鏜床大修改造上的應(yīng)用

摘 要：通過對(duì)2654鏜床的改造，解決了此設(shè)備變速?gòu)?fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)卡齒的故障；并且介紹了KSA23直流調(diào)速系統(tǒng)、施耐德ATV-71HD15N4交流變頻系統(tǒng)及PLC的相關(guān)知識(shí)

關(guān)鍵詞：直流調(diào)速裝置；變頻器；變頻電機(jī)

引言

我公司中興分廠的2654鏜床是20世紀(jì)50年代原蘇聯(lián)產(chǎn)品。該設(shè)備原有的直流調(diào)速采用交磁放大機(jī)組供電進(jìn)行直流調(diào)速。由于交磁放大機(jī)組已經(jīng)淘汰，沒有備件，如果損壞很難修復(fù)，而且該調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速原理復(fù)雜，不穩(wěn)定，給維護(hù)帶來很大困難。特別是該設(shè)備的主軸變速由變速電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速，經(jīng)常造成卡齒現(xiàn)象，故障率非常高。針對(duì)這些原因，經(jīng)過研究決定對(duì)此設(shè)備進(jìn)行機(jī)械、電氣大修改造。

1 改造方案

2654鏜床主軸旋轉(zhuǎn)原來是由普通的14KW交流機(jī)驅(qū)動(dòng)，變速采用變速電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)進(jìn)行40檔變速。該機(jī)床的主軸箱、鏜桿、工作臺(tái)、前支柱四個(gè)進(jìn)給軸各由一臺(tái)功率為4.4KW、電樞電壓220V、激磁電壓為110V的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，徑向刀架各由一臺(tái)2.8KW、電樞電壓為220V、激磁電壓為110V的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，直流調(diào)速系統(tǒng)由原來的交磁放大機(jī)組供電進(jìn)行直流調(diào)速。

這臺(tái)設(shè)備的主軸變速卡齒問題是這次改造的難題，經(jīng)過機(jī)械和電氣在一起多次研究決定，取消變速電機(jī)及其所帶的變速機(jī)構(gòu)，機(jī)械變速機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，由原來的40檔改為4檔，手動(dòng)搬把進(jìn)行變速，電氣加裝四個(gè)變速限位，由于檔位減少，為了彌補(bǔ)主軸轉(zhuǎn)速的不足，決定主軸電機(jī)采用型號(hào)為YTSP160L-4 15KW變頻調(diào)速電機(jī)，進(jìn)行無極調(diào)速，主軸調(diào)速系統(tǒng)選用施耐德ATV-71HD15N4變頻器。

考慮到成本問題，決定五個(gè)進(jìn)給軸共用一臺(tái)KSA23晶閘管直流調(diào)速裝置（即V3調(diào)速系統(tǒng)）驅(qū)動(dòng)。用轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇各進(jìn)給軸，徹底淘汰交磁放大機(jī)組?？刂苹芈凡捎肙MRON可編程序控制器，PLC的CPU選用CQM1H-CPU21，PLC輸入用3塊型號(hào)為ID212的16點(diǎn)輸入卡，共用56個(gè)輸入點(diǎn)，輸出用3塊型號(hào)為OC222的16點(diǎn)輸出卡，共用36個(gè)輸出點(diǎn)。取消原繼電器控制，重新設(shè)計(jì)電氣原理圖。

2 電氣原理的設(shè)計(jì)

首先是主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的原理的設(shè)計(jì)，主軸變頻系統(tǒng)設(shè)置送電接觸器，給定采用5W10KΩ的電位計(jì)，將0-10V電壓加到A/1+和A/1-之間，實(shí)現(xiàn)從0到額定轉(zhuǎn)速的無極調(diào)速。

其次是五個(gè)進(jìn)給軸的直流調(diào)速系統(tǒng)的原理的設(shè)計(jì)，直流調(diào)速系統(tǒng)也設(shè)置送電接觸器，系統(tǒng)準(zhǔn)備好信號(hào)輸入PLC輸入回路，使系統(tǒng)在準(zhǔn)備好后再接入主電源，在故障狀態(tài)下，可快速切斷主回路電源。系統(tǒng)給定也是采用5W10KΩ的電位計(jì)將給定加到56和14號(hào)端子間實(shí)現(xiàn)直流調(diào)速?？紤]到原進(jìn)給軸快速是采用兩套激磁繞組切掉一套激磁繞組容易造成直流電機(jī)飛車的故障，在此次設(shè)計(jì)中取消快速切激磁，而是采用最大給定速度作為快速。

該設(shè)備的控制回路由原傳統(tǒng)的繼電器控制改為PLC可編程控制，它具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，擴(kuò)充方便，組合靈活，修改方便，大大減少了配盤的工作量和調(diào)試時(shí)間。根據(jù)機(jī)床的動(dòng)作要求和工作原理，設(shè)計(jì)PLC梯形圖。在PLC設(shè)計(jì)中主軸旋轉(zhuǎn)只有在機(jī)械變速到位以后，將變速限位壓合以后，才允許起動(dòng)，另外，此設(shè)備的主軸箱、工作臺(tái)、回轉(zhuǎn)臺(tái)都具有夾緊放松功能，在設(shè)計(jì)PLC程序過程中，只有放松到位限位壓合后，才允許開車，夾緊采用過電流繼電器，夾緊后過電流繼電器動(dòng)作，切斷夾緊電機(jī)。另外在程序中還采用了急停保護(hù)，各個(gè)軸的限位保護(hù)。

3 調(diào)試

PLC程序傳入將PLC的CPU中之前，先進(jìn)行外圍端口的設(shè)定，將CPU單元DIP開關(guān)的5和7設(shè)為ON，端口設(shè)定正確后，與計(jì)算機(jī)聯(lián)線，將PLC程序傳入CPU中，然后將工作狀態(tài)切換到監(jiān)視狀態(tài)，即可進(jìn)行在線調(diào)試。梯形圖中各單元的通斷，都在計(jì)算機(jī)屏幕上直觀顯示，在需要時(shí)也可強(qiáng)制各單元的通斷，以使程序在調(diào)試中順利進(jìn)行。程序調(diào)試可檢測(cè)程序的邏輯關(guān)系，機(jī)床配線是否正確，以及電氣動(dòng)作是否符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤時(shí)，可在線修改，也可離線進(jìn)行修改，修改完成后再傳入PLC中。

主軸系統(tǒng)選用的是施耐德ATV-71HD15N4變頻器；在電機(jī)啟動(dòng)之前必須進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置：變頻器第一次通電時(shí)，用戶會(huì)被自動(dòng)導(dǎo)入菜單，必須對(duì)簡(jiǎn)單啟動(dòng)子菜單中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：包括2/3線控制設(shè)定為2線控制、標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)頻率設(shè)定為50HZ、電機(jī)額定功率為15KW、電機(jī)額定電壓380V、電機(jī)額定電流29A、電機(jī)額定頻率50 HZ、電機(jī)額定速度1450轉(zhuǎn)/分、最大輸出頻率60 HZ、加速時(shí)間3S、減速時(shí)間3S等；參數(shù)設(shè)定完成后執(zhí)行自整定功能。

2654鏜床的鏜桿、主軸箱、工作臺(tái)、前支柱、徑向刀架分別由4.4KW直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，徑向刀架由一臺(tái)2.8KW直流機(jī)拖動(dòng)，現(xiàn)由原交磁放大機(jī)調(diào)速系統(tǒng)改為KSA23直流調(diào)速系統(tǒng)（即V3直流調(diào)速系統(tǒng)）。系統(tǒng)調(diào)整時(shí)，首先接通同步電源，如果V8燈，說明電源相序錯(cuò)；如果V7燈亮，屬于正常狀態(tài)；這時(shí)測(cè)量端子26與28為220VAC， 端子26與30為220VAC， 端子28與30為220VAC，接通主接觸器，測(cè)量端子26與1U為0VAC， 28與1V為0VAC， 30與1W為0VAC保證1U、1V、1W與26、28、30同相位，保證右旋相序。斷開主接觸器，將調(diào)速系統(tǒng)打到電流環(huán)即A1板開關(guān)S1向左撥動(dòng)（兩個(gè)開關(guān)一起撥動(dòng)），接通主電源，緩慢增加給定電壓，直到電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量給定信號(hào)電壓與測(cè)速機(jī)信號(hào)電壓的極性，如果極性相同，斷開主電源，將調(diào)速系統(tǒng)打到速度環(huán)即A1板開關(guān)S1向右撥動(dòng)。緩慢增加給定電壓，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況，加給定電壓至50%，緩慢調(diào)節(jié)電位計(jì)R11直到電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最高轉(zhuǎn)速的50% ，電機(jī)停止后，觀察有無零漂，階躍響應(yīng)能否滿足要求，否則進(jìn)行其他調(diào)節(jié)器參數(shù)，直到滿足工作要求。

4 效果

該設(shè)備經(jīng)過機(jī)械和電氣大修改造后，解決了變速經(jīng)?？X的故障，而且現(xiàn)在變速操作簡(jiǎn)單方便，動(dòng)作可靠，故障率極低，各項(xiàng)性能參數(shù)都己滿足工作需要，各項(xiàng)經(jīng)給選用的KSA23直流調(diào)速系統(tǒng)及主軸選用的施耐德ATV-71HD15N4變頻器，具有優(yōu)良的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)的性能，調(diào)速比大，運(yùn)行穩(wěn)定，特別是KSA23直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍達(dá)到了1：10000，完全滿足了設(shè)備的各種加工需求。

5 結(jié)束語

通過對(duì)2654鏜床進(jìn)行電氣技術(shù)改造后，使過去的舊設(shè)備煥然一新，其設(shè)備的技術(shù)性能大大提高，機(jī)床的控制精度及加工精度都有了很大的提高。2654鏜床應(yīng)用了新的科學(xué)技術(shù)后，使設(shè)備更能高效、高精度、高可靠性地工作。

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作者簡(jiǎn)介：黃連杰，工程師。endprint