對14 m單臂銑刨床的電氣改造

謝原忠

（太原重工股份有限公司軋鋼分公司，山西 太原 030024）

改造的具體要求：保留機床原有控制方式，重新設計制作PLC邏輯控制電器柜和懸掛式操作站，以及固定操作臺的面板，在操作站上增設220 V和36 V照明燈用安全插座（配插頭）；電柜及操作站的防護等級標準為IP54；PLC采用西門子S7-200可編程控制器；取消原電機擴大機-直流發電機-直流電動機調速系統，采用歐陸590直流驅動裝置分別驅動4臺直流電機。采用YD225S-4/2雙速32/37 kW交流電機替代原垂直銑頭的主軸電機；所有電機清洗換油，更換有問題的電機軸承，主電機需更換電刷。另外，還更換全部的電線、電纜及開關按鈕等元器件，更換部分穿線用鎧裝膠管和蛇皮管。所用元器件及電線電纜要求采用具有國家認證、有生產許可證廠家生產的優質產品。

1 對設備的簡要說明

該機床為工作臺移動式刨銑床，由兩套發電機組分別帶動兩套直流電動機和手動切換離合的減速箱供機床的刨削和銑削加工；橫梁（單臂）在主立柱上由交流電機拖動，做上下移動，橫梁（單臂）另一端設有一個輔助立柱，對橫梁起輔助支撐及橫梁調平作用，橫梁采用液壓夾緊方式。機床配備一個套筒移動式的垂直銑頭、一個垂直刨頭和一個側刨頭（已改為銑頭）。

2 設備主要結構的參數說明

2.1 工作臺

2.1.1 工作臺刨削

工作臺刨削工作速度：5~60 m/min。

工作臺刨削傳動直流發電機：215 kW，1 465 r/min。

工作臺刨削傳動直流電機：功率103kW，電樞電壓150（275）V、電樞電流 790 A，勵磁電壓 63（36）V、勵磁電流 38（23）A，轉速 400（800/960）r/min。

2.1.2 工作臺銑削

工作臺銑削速度：慢進給 20~200 mm/min、快進給 20~1 000 mm/min，快速給 2 m/min。

工作臺銑削傳動直流發電機：16 kW，1 430 r/min。

工作臺銑削傳動直流電機：功率12 kW，電樞電壓220 V、電樞電流 63 A，勵磁電壓 195（75）V、勵磁電流 2.1（0.8）A，轉速1 200/2 400 r/min。

2.1.3 工作臺潤滑

工作臺潤滑為強力潤滑方式，潤滑泵電機：0.8 kW。

2.2 橫梁

橫梁工作方式：橫梁放松后，位于主立柱上的交流電機拖動橫梁，做上下位移，到預定位置后，主立柱與橫梁做預卡緊動作，輔助立柱上的平衡電機工作，對橫梁做調整水平的微量整定。調整完成后，對橫梁進行完全夾緊。橫梁的夾緊和放松，由設在橫梁上的獨立液壓站實現。

升降拖動交流電機一臺：36 kW。

橫梁平衡調整交流電機一臺：2.8 kW。

液壓站交流電機一臺：1.47 kW。

2.3 垂直銑頭

垂直銑頭橫向進給采用一臺直流電機通過離合器驅動，手動潤滑，套筒快速移動由一臺交流電機驅動，主軸電機為雙速交流電機。

主軸交流電機功率為28/37 kW、轉速1 240/2 840 r/min。

垂直銑頭銑削進給直流電機：功率3.3 kW，電樞電壓220 V，電樞電流 18.5 A，勵磁電壓 215（70）V，勵磁電流 1.1（0.35）A，轉速1 200/3 000 r/min。

銑頭套筒快速交流電機：0.6 kW，1 630 r/min。

2.4 垂直刨頭

垂直刨頭橫向進給及垂直進給采用一臺直流電機通過離合器驅動，橫向進給及垂直進給的放松及卡夾采用兩臺交流電機分別實現，刨頭的抬刀及落刀采用一臺交流電機驅動。直流電機：功率1.5 kW，無名牌及相關數據需根據電機實測選配系統；橫向進給的放松及卡夾交流電機：0.75 kW；垂直進給的放松及卡夾交流電機：1.2 kW；抬刀交流電機：4.1 kW。

2.5 側刨頭（已改為銑頭）

已改裝部分：側刨頭保留原進給機構及滑座，拆除原刀架部分加裝了一個套筒移動式銑頭。現有部分：進給交流電機一臺：6 kW；銑頭主軸交流電機一臺：15 kW，30.3 A，1 460 r/min。

2.6 操作方式

機床配備有固定操作臺和懸掛式操作站。

3 歐陸590直流裝置與電機擴大機-直流發電機-直流電動機系統的比較

電機擴大機-直流發電機-直流電動機調速系統涉及電機多，交流電動機拖動發電機浪費電能很嚴重，而且電控部分采用繼電器進行邏輯控制，其線路復雜，故障率高，檢修困難。

歐陸590直流裝置，使用110~500 V的三相標準電壓，提供直流輸出電壓和電流，用于電樞和勵磁，適用于直流他勵電動機和永磁電動機的控制，尤其是耗能低。該裝置設有人機接口，可以根據電機標牌設定參數，可以進行電樞電流控制、速度控制、勵磁控制，還可以設定故障報警，便于排除故障，準確、快捷維修。

4 14 m單臂銑刨床的主要結構和直流調速裝置

4.1 14 m單臂銑刨床的主要結構

銑刨床主要結構有：工作臺銑、工作臺刨、油泵、風機、橫梁升降、橫梁夾緊、垂直銑頭、垂直刨頭及右側銑頭等電機。

4.2 直流調速裝置的選型

根據設備主要機構的參數說明，刨臺直流調速裝置采用歐陸590P-1250A型，銑臺直流調速裝置采用歐陸590C-70A型，垂直銑頭直流調速裝置及垂直刨頭直流調速裝置采用歐陸590C-35A型。

5 PLC的控制程序設計

5.1 PLC程序設計概述

本文采用的是比較簡單并容易編程的繼電器電路轉換法，把繼電器電路圖“翻譯”成梯形圖，即用PLC的外部硬件接線圖和梯形圖程序實現繼電器系統的功能。

5.2 PLC梯形圖的編制

在設計、編制控制程序時，不僅要滿足工藝流程的控制需要，還要考慮到常見故障。在編寫過程中，將常見故障程序滲透到控制程序中，使編制的控制程序能夠滿足銑刨床工作運行及控制要求。

在編制程序時，分開編制各個控制，最后統一輸出編制程序，而且采用指示燈來監控各控制器件的運行及故障顯示。在編制程序時，采用S7-200編程軟件，編制了《PLC梯形圖.mwp》電子文件。

6 結論

本文結合現場改造實踐，通過所了解的電氣知識，完成了對14 m銑刨床的電氣改造。改造后，銑刨床的各性能都得到了很好的改善和提高。

改造前：原銑刨床采用電機擴大機-直流發電機-直流電動機調速系統，噪聲大、調速范圍窄，尤其耗電很嚴重；該銑刨床的電氣控制部分采用的是繼電器-接觸器邏輯控制系統，電器接線多，體積大，連線復雜；它是通過采用觸電開關實現控制的，動作速度慢，一般為十幾毫秒；觸點易氧化、粘連，可靠性和維護性差，故障率高，檢修、維修困難。

改造后：主拖動采用調速范圍寬、節能效果顯著的歐陸590控制的直流調速系統，節省了電能和占地空間，而且還提高了銑刨床的調速性能；用PLC控制系統代替了傳統的繼電器-接觸器邏輯控制系統，大大減少了電器元件，提高了設備的可靠性和穩定性；減少了設備的檢修工作量，出現故障很好查找。

通過此次改造，降低了設備故障率，提高了設備生產能力，降低了設備功率100 kW，年節約電費約20萬元，相當于電氣改造成本。