采用西门子调速系统及PC可编程控制器改造2660镗床.pdf
第?卷?第?期年?月哈尔?!?承?!?采用西门子调速系统及尸?可编程控制器改造?膛床张泽滨,毕秀红,张萍?哈 尔滨汽轮机厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨?摘要?采用西门子?一?、?!?一?及日本?改造苏制?锉床,是对大型和 重型机床进行重大技术改造的一种尝试,有其推广使用的现实意义。关键词?锉床?!#?一?调速装置?!?一?调速装置?可编程控制器中图分类号?文献标识码?文章编号?一?一?一?一?,?一?,?而?,?,?!?一?】?一?!?,?一?!?】?一?郎?前言?镬床是?年代初期由苏联引进的重型机床,主轴直径?,最大锁孔深度?,担负着我公 司大件加工的生产任务。由于服役了舟多年,电气元件老化,故障频繁,已无法正常生产,为此按照韦约、节能、稳定、可靠、安全的原则,将电气系统进行改造。设计出符合机床要求的全套电气图纸并付诸实施,使系统可靠性得到提高,且线路简单,各项性能指标都达到或超过原设计的工艺要求。?调速系统改造 的原理及特点?主传动调速系统?工作原理收稿日期?一?一?作者简 介?张泽滨?一?,男,工程师?撞床的主传动是由一台?的直流电动机拖动。电动机参数如下?一225一111000/2O00r/min电枢:4O0v,193A励磁:180v,124A根据电动机参数,选用6RA2 7SI MoR EG一V5 7(400V,2 50A)的可控硅整流调速装置,该装置为全数字化的可控硅直流调速装置,所有的开环和闭环功能一从斜坡函数发生器到触发装置几乎所有的功能都由一个1 6位的微处理器来实现。因此具有其它采用模拟电路的调速装置所不能比拟的优点。6RA27SU叭O R EG一VS系统可控硅整流调速装置是一个电枢可逆的逻辑无环流双闭环控制系统。该装置将直流电供给功能为1一4 50 kw的他激直流电动机的电枢和磁场,主回路采用三相桥式反并联电路;励磁回路为单相半控桥电路。借助于电枢电流反向使电动机在四个象限内运行。电动机的调速是无级的,并且分为两个区域,既低哈尔滨轴承第2 5卷于额定转速采用恒力矩方式调速,又高于额定转速采用弱磁调速(即恒功率调速)。所有参数的更改均 由一个键盘和显示单元来完成。该装置的产品分为V5 5、V5 7两种类型,其中V 55为恒定磁场激磁,V5 7采用激磁可控。VS系统简化方柜图如图1示。长长长长长长长皿皿图1系统方框图2.1.2电气特点该装置除了上述一般性能外,还具有其它独特的电气特点:(1)v 57系统为使电动机在启动时减小转速的超调量和制动时间的限制,电动机的火花,采用了外限幅电路(即转速限幅电路),使得速度调节器的输出限幅值变化规律随速度的一次函数变化。(2)系统中速度调节器和电流调节器都采用比例与积分的P I调节器,使整机调整较为方便。(3)系统可靠性高,除了有一般的超速保护、弱磁保护、过流保护、缺相保护等外,还设置了欠压保护和相位保护,最大特点是采用了填充式的双脉冲制。填充式的双脉冲制,是 当系统还处于本桥逆变或再生制动时(即触发脉冲工作在逆变区),另外一个补充极限脉冲,该脉冲与自然换向点的夹角不随电网电压波动而改变。这样,在有效地防止系统处于逆变区时,由于触发脉冲的丢失或电网电压的波动而失败。当系统处于正常的稳定运行状态(即触发脉冲工作在整流区)时,该补充极限脉冲被封锁掉,不起作用。6RA2 7S IMOR EG一V5 7系统除了上述特点之外,还具有快速性的特点,系统处在转矩反向零电流的时间仅有4一s ms,额定转速进行正、反向启动时,过渡过程只有0.2 5.2.2进给传动调速系统2660铿床的进给传动由四台直流电动机拖动。电动机参数如下:上滑板主轴箱进给电机:24一112 14一11Ikw3000rl min电枢:4 40V2 8.9 A励磁:180V2.39A下滑板主轴箱进给电机:2 4一 32一11 8.5kw30(刃r/l l l in电枢:4 40 V4 7.4A励磁:18OV2.79A根据机械加工要求及电动机的参数,我选用两套K SA2 3SIMRE G一V3(40 0V,6(X)A)的可控硅整流调速系统。该系统具有调速范围宽(1:10 0 0),低速性能好,响应快,结构简单、紧凑、可靠性高、体积小、重量轻、易于操作、便于维修等特点。2.2.1工作原理及特点根据机床进给传动系统的要求,采用了带并联限流环节的单闭环速度调节系统,去掉了电流内环,避免 了由它引起的滞后,加宽了调速范围。当电流超过极限时,并联限流环节起作用,可避免过流。为了进一步提高低速运动的稳定性,而增加了速度适应器,使系统的调速范围进一步加宽。本装置还采用了受转速控制的电流限幅电路,使电机既能以最大的扭矩快速响应,又可在允许的火花级别内可靠工作。本装置还设有相序监视、相位监视、欠压监视等检测电路。当电网相序有错、缺相、快熔断、相位与频率超差、电压过低时,都能发出故障信号,封锁可控硅的触发脉冲,切断主回路电源,以保护该装置,从而提高系统运行的可靠性。2.2.2K SA2 3SI MREG一V3系统附加功能该装置除了上述特点外,还具有下列附加功能:a.测速机监控;b.失磁监控;c.过流延时保护。从图2可以看出,附加功能各部分独立,通过二极管组成的与门将各部分的故障信号汇总成一个故障信号,该信号加至延时封锁端,原系统形成对系统的封锁,并且各故障均有显示。户户.闷闷.曰弓弓-,、一一一一.曰门门-,、-一一一图2附加功能框图第2期张泽滨,等:采用西门子调速系统及PC可编程控制器改造266 0铿床3用P C改造的控制系统11系统的特点及配置O M R OMC Z(X)H是OMR O N家族中较小型和较便宜的可编程控制器,按照欧姆龙公司的推荐,OMRONCZo oH适合于机床控制及中等规模的过程自动化和监控,它具有分立模板式总线结构,可以方便地采用增加模板的方式扩展输入和输出点数,最大可至480个点,而且它具有品种繁多的模板,如1 6点的输入/输出模板,模拟输入、输出模板、计时器、计数器模板、温度传感器模板等,可使OMR O N C Zo oH最适于解决某些特殊的机床控制问题,所有采用轻巧、坚实的块型结构的装置具有抗电磁干扰能力,可在恶劣的环境和条件下使用。C20OHPC有众多的编程指令可供选择使用,使得对复杂的控制过程的编程变得容易。所有H系列P C编程器均可通过C PU上的PG接口连接,OMRONCZOOH的工作程序可以用电池保持方式存在C PU的R AM中,也可存人E PR OM或EEpR OM子模块,括人CP U上的子模块插口,每次起动时自动装入C P U的工作存贮区。基于C-20 0H的特点,我将它列为P C改造工程的首选机型。PC配置的选择要根据控制的输入、输出点数,并按输人、输出点的电压、电流要求予以 归类,以确定所需要的C Zo o一H模板性质和数量,为此根据2660铿床的控制要求,我们选用C 200一HCPUo lE,C200H一MR83 1单元,16l jo模板。12系统软件的编制PC承担的控制任务有如下的信号流向:PC扛式)驱动PC操作面板PC哎二井耸外围设备2660主轴驱动P C程序流程图如图3示。完成控制取决于P C系统软件,所以软件的编程是改造成功的决定因素。C一200H采用梯形图(语句表)编程,以2 6 6 0镬床改造所用的C一20 0H-CPU01一E为例,它们工作内存有7168条语句(7K),拍总数达20 0个,计时器3 2个,具有L D、OUT、AND、OR、NOT、END(01)、I L(02)八L C(03)等基本指令外,还具有数据位移,数据传送等特殊指令。对于编程者来说,关键是如何运用这些功能来满足机床的控制需要。我使用的编程工具是编程器CZo oH一P R02 7一E,它的处理速度快、功能丰富,小屏幕显示一目了然。在实际编程中,需图3PC程序流程图要对每个环节加以仔细推敲,并从整台机床的控制加以综合考虑,关键是对C Zo oH的功能要熟悉,有时会遇到直接应用某操作功能无法解决的问题,那么在C ZOOH十分熟悉的情况下,可以利用其它数种功能的结合来解决问题。程序的任务是完成控制,但是能完成控制任务的程序并非一定是最佳程序,所以编程阶段,除了要使程序逻辑走通,控制任务完成以外,还必须从各种因素考虑,使用最简捷的语句,选择合理的控制顺序,使程序走向最佳。最后在调试中应充分利用各种测试手段,不断找出问题,加以解决。此时C Zo oH的程序也将不断得到修改。4结束语采用新型的电气拖动系统和可编程控制器改造机床,是目前国内较新的技术。用这些新技术对苏制2660锉床进行改造,主要有以下特点:(l)通过调试及运行,主传动、进给传动使制动及调速性能都很好,PC运行也很好。(2)去掉了原来的两套发电机组,共计8台交直流电机,使现场噪音大大减小。(3)由于去掉了两台交流原动机,预计每年节电2 00o ookwh,折合人民币2万余元。哈尔第2 5卷(4)电气控制系统采用了P C机,省掉了各种近百个继电器,运行故障明显下降,提高了设备完好率和使用率,预计减少停产维修费每年约1万兀。(5)改造后的机床电气控制系统具有多种安全保护措施。.改造后的26 60锁床在车间使用三年来,运行一直可靠、稳定、安全,深受车间及操作人 员的欢迎。(编辑:王立新)(上接第4 1页)l.OMpa(冬季)蔺评50薄:“撰户了73 0 z尸/25/20/K剐一一/变频器调节酬0.po一 p一2 82一2 073“一子厂一不骊万一,x100%=26.49%o石。名1.01.21 41.61、8流量(m,/s)图水泵上应用变频器调节与阀门调节电能消耗对比技术其节能效果是非常明显的。当然,除了节能以外,应用变频技术还具有容易实现过程的自动化控制、降低设备运行时的噪音、提高设备使用寿命等优点。3实例分析一般循环水泵和锅炉的补水泵控制是保证正常、稳定供热的重要环节,补水泵和循环水泵控制均应采用定值调节。2003年6月20日,我们在动能供应公司锅炉供水水泵处,安装了一台英威腾变频器。根据恒压原理控制水泵运行,在水泵电机进入正常运行后,对该变频器的节电率进行了测试,结果表示如下:表安装变频器前后水泵电机运行状态参数视在功率(kVA)电压(V)电流(A)式中:口一节电率;尸。一未安装变频器时电机正常运行状态下的功率;尸,一安装变频器后电机正常运行状态下的功率。因为该锅炉在夏季用做生产供热,冬季用做供暖,冬季的使用水量和水压要求远远超过夏季,适用于水压为1.OMPa以上的情况,夏季对水压要求不高,适用于0.4MPa的情况。结合运行周期和工业用 电电价进行计算,安装变频器后,全年可节约电费约3.8万元,可以为企业创造可观的经济效益。从电机的使用情况看,未安装变频器时,电机满负载开动,靠调节水门来调节水压力水流量,使管道承受了很大的压力,电机耗电白白浪费。在安装变频器后,电机根据功率需要以相适应的转速运行,工作平衡,既可延长电机的使用寿命,又可以减少管道承压所带来的危险性,提高供水系统安全度。从控制系统看,变频器作为系统中主要的执行设备,应能够根据需要灵活控制。因此,在锅炉补水控制系统 中,将水压或锅炉水位作为反馈信号,输人变频器,变频器即可通过相关处理,使电机轴输出合理的转速,满足需求。60011 气一悦、内 一、-内、内安装前安装后功率k W)无功功率(kVAR)28.214.74结论8.950.5320731.778.9721.8122.1 846.82节电率计算如下:综上所述,变频器在锅炉补水系统中的应用会给我公 司带来可观的经济效益和使用效益。(编辑:王立新)0.4MPa(夏季)口P 0一 p,28.2一8.9 5po2 8.2x10 0%=6 8.2 6%
