全數字直流調速器在龍門刨床改造中的應用

沈玉梅

（大連職業技術學院，遼寧大連 116037）

全數字直流調速器在龍門刨床改造中的應用

沈玉梅

（大連職業技術學院，遼寧大連 116037）

龍門刨床電氣控制系統比較復雜，經長時間的使用后，經常發生故障。為了充分挖掘設備的潛力，采用全數字直流調速器和PLC對龍門刨床電氣控制系統進行全面的技術改造，對系統總體方案和主拖動電氣控制系統進行了設計。改造后的系統硬件結構簡單，操作方便，直觀性好，控制安全可靠，運行平穩，調速精度高，而且投入的資金較少，節能效果明顯。

直流調速器 龍門刨床 技術改造

龍門刨床作為機械工業中的主要工作機床之一，在工業生產中占有重要的地位。龍門刨床的電氣控制系統較為復雜，目前我國有相當一部分企業使用的A系列龍門刨床，其電氣主拖動大多采用的是20世紀60年代流行的電機擴大機－發電機－電動機（K－G－D）控制系統，電氣控制部分采用有觸點的繼電器邏輯控制線路。這種系統的缺點是設備多、體積大、效率低、運行噪聲大、電能浪費嚴重，且經過多年的使用后，器件老化嚴重，故障頻繁發生，維修量大，設備停臺率高，嚴重影響生產。

隨著各種高性能電力電子器件的出現，電子技術和自動控制技術的迅速發展，在電氣傳動領域中，以微處理器為控制核心的全數字控制系統取代以前的模擬控制系統成為可能，調速控制的功能幾乎均可通過微處理器借助軟件來實現。因此采用先進、科學、可靠的微電子數字控制技術進行技術改造是很有必要的。

1 龍門刨床改造方案選擇

龍門刨床的技術改造要根據設備的情況和市場現階段所能提供的設備和電氣元件情況，以投資最少、效益最高為目的。根據主拖動直流電動機的設備狀況，目前主要有兩套方案可供選擇：一是工作臺主拖動直流電動機的各項技術指標均優良，且還有相當長的使用年限，在這種情況下，建議保留直流電動機，采用全數字直流調速裝置替代交磁擴大機－直流發電機組進行改造。因為保留直流電動機后，其改造費用要比采用交流異步電動機和變頻器進行改造節省15%～20%;二是主拖動直流電動機的使用壽命已不會太長，或沒有太大使用價值，在這種情況下，建議用交流異步電動機替代主拖動直流電動機，用變頻器替代交磁擴大機－直流發電機組進行改造。其優點是控制電路大大簡化，給電氣維修帶來很大方便，故障停臺率減少。

本文以A系列龍門刨床為例，介紹用全數字直流調速器對其進行技術改造的方案設計。

2 系統方案設計

2.1 總體設計

龍門刨床主拖動系統的刨削過程是工件與刨刀的相對運動，因此龍門刨床的主運動是一個頻繁的往復直線運動，它不僅要求啟動快，制動快，還要求工作速度穩定，速度調節范圍寬。原龍門刨床的工作臺驅動是由交流電動機－直流發電機組、直流電動機組及交磁擴大機構成，直流電動機的調速是通過交磁擴大機調節直流發電機的勵磁電流，改變交流電動機－直流發電機組的輸出電壓，來實現直流電動機的調壓調速。

歐陸590全數字直流調速器為三相交流電源直接供電的全數字控制裝置，用于對直流電動機電樞繞組和勵磁繞組供電，是新型直流調速器中應用非常廣泛的產品。裝置本身帶有參數設定單元，不需其他附加設備便可完成參數的設定，所有的控制、調節、監控及附加功能都由16位微處理器通過軟件來實現，集控制功能和功率驅動于一體，具有優越的動態控制性能。

龍門刨床主拖動選用歐陸590系列4象限全數字直流調速器替代電機擴大機－發電機機組構成閉環控制系統，以保證工作臺主拖動具有比較寬的調速范圍和較硬的機械特性?？刂撇糠诌x用日本三菱公司生產的FX2N －80MR PLC控制，通過PLC軟件實現刨床工作臺的正向、反向、低速進刀、低速退刀和左右刀架的進刀、退刀以及橫梁的升降等邏輯控制。改造后的系統主要電氣設備構成框圖如圖1所示。

2.2 主拖動電氣控制系統設計

歐陸590全數字直流調速器采用先進的比例－積分（PI）調節，具有完全匹配的電流環，以達到最佳動態運行性能。電流反饋傳感器是內置式的，電流環具有自整定功能和積分分離功能?？刹捎镁幋a器或模擬測速機反饋形成閉環控制，采用電樞電壓反饋具有IR補償。所有參數都用軟件通過串行口或面板上控制按鈕和液晶顯示器完成。

為了保證龍門刨床主拖動系統具有良好的動態調速性能，此次主拖動電氣控制系統改造采用光電編碼器構成轉速負反饋閉環控制。系統主拖動電氣控制原理圖如圖2所示。

端子 L1、L2、L3為三相電源進線端，A+，A － 為直流電動機電樞電路供電;D3、D4為直流電動機勵磁電路供電;A1為0 V電壓基準端，B3為+10 V基準電壓端，B4為－10 V基準電壓端;A4為斜坡速度輸入端;A6為主電流箝位或輔助（正）電流箝位;D5、D6為主電源合閘輸出端，提供AC220V 3 A輸出給繼電器KA1的線圈;D7，D8為輔助電流輸入，作為控制器控制電源輸入端;C1為0 V基準;C2為電動機過熱保護，本方案沒有使用，所以將C1、C2短接;C9為+24 V電源;C3為啟動/運行，C3高態時啟動控制器主電源合閘，低態時停止控制器主電源分閘;C5允許工作，C5為高態時，控制器啟動有效，C5為低態時，控制啟動無效，封鎖所有脈沖輸出，主電源不分閘;B8為程序停車，當程序停車輸入保持在+24 V時，調速器將按照輸入信號的要求運行，當程序停車輸入為開路或0 V時，控制器將按照程序性停止參數的定義，產生受控停止或程序性停止;B9為慣性停止，當慣性停止輸入為+24 V時，控制器正常運行，當慣性停止為0 V或開路時，主接觸器打開，同時調速器不再運行，電動機滑行停止。

3 電路控制工作原理

（1）運行前的準備 在主空氣斷路器QF合上的情況下，按下總起動按鈕，PLC按預先編制好的程序使繼電器KA3得電，歐陸590直流調速器端子B8、B9、C5獲電，同時，D5、D6輸出交流電壓，使 KA1線圈獲電，其動合觸點閉合，接通主接觸器KM線圈電路，KM動合觸點閉合，直流調速器主電路接通，為運行做準備。

（2）工作臺點動運行 按下前進點動按鈕，PLC按預先編制好的程序使繼電器KA2動合觸點閉合，歐陸590直流調速器運行，PLC按預先編制好的程序使斜坡輸入端子A4（給定端）有正電壓輸入，歐陸590調速器A+、A－便有電樞電壓輸出，D3、D4有勵磁電壓輸出，直流電動機M運轉。當松開前進點動按鈕，KA2動合觸點斷開，A4端子無輸入電壓，電動機M停轉。

后退點動與前進點動原理相同，只不過是PLC按預先編制好的程序把負電壓加到斜坡輸入給定端子A4上，使A+、A－輸出電壓極性改變，于是，直流電動機M便反轉。

（3）工作臺自動運行 按下按鈕站上的前進按鈕，PLC按預先編制好的程序使繼電器KA2動合觸點閉合，歐陸590直流調速器運行，PLC按預先編制好的程序把正電壓加到斜坡輸入給定端子A4上，歐陸590調速器A+、A－有電樞電壓輸出，D3、D4有勵磁電壓輸出，直流電動機M正轉，工作臺前進運行。當工作臺前進到所調行程時，感應前進接近開關，經PLC程序控制，前進減速。同時，把負電壓加到斜坡輸入給定端子A4上，使A+、A－輸出電壓極性改變，于是，直流電動機M反轉。工作臺便后退運行。當工作臺后退到所調行程時，感應后退接近開關，經PLC程序控制，后退減速、換向。如此往復運動，工作臺正常工作。

4 改造后的全數字龍門刨床控制系統的特點

（1）結構簡單，可靠性高。全數字直流調速裝置替代直流發電機組、交磁擴大機，占地面積減小，噪聲明顯降低;用PLC取代繁雜的繼電器控制系統，連接點減少，控制系統結構簡單，系統可靠性大大提高。

（2）能耗低，效率高。交磁擴大機機組傳動方案能量經過2次轉換（電能→機械能→電能），轉換效率只有0.7左右;而數字直流傳動裝置能量是一次性轉換，所以能耗大大降低，其效率可達到0.99以上。

（3）調速性能高。全數字直流調速裝置是一種高精度傳動裝置，以其自身的優點使整個主傳動控制系統的穩態精度、調速范圍、快速性能得到很大的改善，從而提高了加工能力及其加工質量。

（4）裝機水平高，具有完善的保護功能。系統具有良好的保護和監控功能，PLC有自身的輸入/輸出監控指示燈，而全數字直流調速裝置則更有良好的保護監控功能，且具有故障存儲記憶、自適應參數優化等多種功能。

（5）維護保養容易。改造后的系統，全數字直流調速裝置和可編程控制器易于維護，系統的工作效率提高，減少了運行成本。

5 結語

采用全數字直流調速裝置，同時用可編程控制器PLC替代原來的繼電器邏輯控制系統對龍門刨床進行改造，簡化了系統結構，提高了工作效率及控制水平，保證了工件的加工精度，改善了工作環境，減少了噪聲污染，而且投入的資金較少，節能效果非常明顯，值得推廣應用。

1 張春雷，宋家成，于文磊.常用機電設備電氣維修［M］.北京：中國電力出版社，2007.

2 喬忠良.全數字直流調速裝置及工程應用［J］.太原理工大學學報，2000（3）：152～155

3 范彩霞，盧杉.采用全數字直流調速系統改造龍門刨床［J］.機床與液壓，2008（8）：296～298

作者：沈玉梅，女，1961年生，副教授，碩士學位，研究方向：自動控制工程。

（編輯 李 靜）

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Application of Full Digital DC Converter in the Reformation of Double Housing Planer

SHEN Yumei
（Dalian Vocational Technology College，Dalian 116037，CHN）

The electrical control system of double housing planer is complex，and breaks down frequently after a long time of use.In order to fully discover the potential of the equipments，overall technical reform using full digital DC converter and PLC is used in the electrical control system of double housing planer.The general plan of the system and the main drive of the electrical control system are designed .The reconstructed system is simple in hardware structure，easy to operate，reliable to control，smooth running，with high speed control precision，cheap and can save energy efficiently.

DC Converter;Double Housing Planer;Technical Reform

2009―09―24）

10343