基于西門子6RA70直流驅(qū)動器改造LUCAS數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動系統(tǒng)

【摘 要】由于老數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過程中具有故障多、效率低等劣勢，解決的方式就是對其進(jìn)行升級改造。本文也通過工作實(shí)踐，提出全數(shù)字直流器在數(shù)控機(jī)床的主軸控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床；驅(qū)動系統(tǒng)；西門子6RA70直流驅(qū)動；改造

0.引言

7寸數(shù)鏜控銑床是我公司燃機(jī)車間一臺關(guān)鍵的數(shù)控加工設(shè)備，是上世紀(jì)70年代美國LUCAS公司的產(chǎn)品，其主軸控制單元采用了美國GE公司的直流驅(qū)動統(tǒng)，該控制單元是由主控板、磁場板、接口板和電源板組成，采用了大量的分立元件，經(jīng)過幾十年的運(yùn)行，元件已經(jīng)老化，備件嚴(yán)重缺乏，故障率很高，給我們維修工作帶來了極大的壓力，為提高生產(chǎn)效率，急需對其進(jìn)行改造。

1.西門子6RA70直流驅(qū)動特性

西門子6RA70系列全數(shù)字直流控制器為全數(shù)字緊湊型整流器，輸入為三相電源，可為變速直流驅(qū)動提供電樞和勵磁供電，額定電樞電流從15A至2000A。緊湊型整流器可以并聯(lián)連接，提供高至10000A的電流，勵磁電路可以提供最大40A的電流，所有6RA70裝置均配備一個安裝在整流器門上的簡易操作面板PMU，PMU也具有根據(jù)RS232或RS485標(biāo)準(zhǔn)同USS接口的連接器X300。操作面板提供了為了啟動整流器所需進(jìn)行的調(diào)整和設(shè)定及測量值顯示的所有手段。西門子6RA70采用（C163和C167）兩臺高效能的微處理器承擔(dān)電樞和勵磁回路所有的調(diào)節(jié)和傳動控制功能?？刂栖浖钥刂乒δ軌K的形式存放在Flash-EPROM中，通過參數(shù)設(shè)置，可以方便地將軟件所提供的程序塊“連接”起來，實(shí)現(xiàn)各種驅(qū)動控制功能、邏輯控制功能等。

2.驅(qū)動器選型及電路設(shè)計(jì)

為了降低改造成本，我們保留了原主軸直流驅(qū)動電機(jī)、測速機(jī)以及用于主電機(jī)冷卻的風(fēng)機(jī)，其主要參數(shù)為：電機(jī)額定功率—75HP；電機(jī)額定電壓—220V；電機(jī)額定電流—260A；電機(jī)額定轉(zhuǎn)速—2700r/min；額定勵磁電流—7.4A；額定勵磁電壓—120V；測速機(jī)最大轉(zhuǎn)速—5000r/min；測速機(jī)輸出電壓—50V/1000r。

經(jīng)過參數(shù)比較，最后選用驅(qū)動器的型號是西門子6RA7078-6DV62。其主要技術(shù)參數(shù)為：電樞額定電壓—3AC400V（+15%/-20%）；電樞額定輸入電流—233A；勵磁額定電壓—2AC400（+15%/-20%）；額定直流電壓—485V；額定直流電流—280A；勵磁額定直流電壓—325V（MAX）；勵磁額定直流電流—15A。

主電路及勵磁回路均有快速熔斷器和進(jìn)線電抗器，交流110V控制電源利用了原電器柜的110V電源，直流24V控制電源選用了24V5A開關(guān)電源。下面簡要說明一下6RA70裝置與此次改造相關(guān)端子的定義及接線說明：

1U1、1V1、1W1—電樞電源輸入。3AC380V（進(jìn)線端接快速熔斷器、電抗器）。

1C1（1D1）、1D1（1C1）—電樞回路電動機(jī)連接。接直流電機(jī)電樞端子。

3U1、3W1—勵磁電源連接。2AC380V（進(jìn)線端接快速熔斷器、電抗器）。

勵磁繞組連接。3C、3D—接直流電機(jī)勵磁端子：6031、6032。

5U1、5W1—進(jìn)線電壓400V。2AC380V。

103、104—測速機(jī)連接8V～270V；模擬量地M。接測速機(jī)端子：6039、6040。

1、4—基準(zhǔn)M；可設(shè)置輸入主給定值。給定輸入：接FAGOR8025CNC數(shù)控系統(tǒng)；主軸給定端子：6037、6038。（—10V～+10V）。

12、13—實(shí)際電流；模擬地M。接電流表：用來實(shí)時(shí)監(jiān)視動機(jī)電流。

34、35—電源（輸出）；數(shù)字地M。24VDC。

36—可設(shè)置輸入開關(guān)量1。用于主軸JOGCW

37—電源的合閘/分閘：高電平信號（合閘）；進(jìn)線接觸器閉合+（端子38為高電平），按照斜坡函數(shù)發(fā)生器的斜率加速至運(yùn)行速度；低電平信號（分閘）。用于主軸START/STOP。

38—運(yùn)行使能，高電平信號：調(diào)節(jié)器使能；低電平信號：調(diào)節(jié)器禁止。

39—可設(shè)置輸入開關(guān)量2。用于主軸JOGCCW。

46、47—可設(shè)置輸出開關(guān)量1；地M。用于驅(qū)動系統(tǒng)故障報(bào)警。

48、54—可設(shè)置輸出開關(guān)量2；地M。用于主軸電機(jī)零速檢測。

109、110—進(jìn)線接觸器用繼電器。用作主回路上電確認(rèn)。

106—安全停車用電源（輸出）。24VDC。

105—安全停車開關(guān)。與106連接。

107—安全停車按鈕。常閉接點(diǎn)接數(shù)控系統(tǒng)E-STOP

108—安全停車復(fù)位。常開接點(diǎn)接系統(tǒng)復(fù)位開關(guān)。

3.參數(shù)設(shè)定及調(diào)試

西門子6RA70直流驅(qū)動器對參數(shù)的設(shè)置是通過安裝在整流器門上的簡易操作控制面板（PMU）來實(shí)現(xiàn)的。簡易操作控制面板安裝在整流器門上，它由5位7段顯示板和三個狀態(tài)指示LED及下面的三個參數(shù)鍵組成。所有為啟動整流器所要采取的調(diào)整，設(shè)置均可通過簡易操作控制面板來實(shí)現(xiàn)。

訪問授權(quán)：P051=0（參數(shù)不能更改）；P051=40（參數(shù)可以改變）；P052=0（只顯示不是工廠設(shè)定值的參數(shù)）；P052=3（顯示所有參數(shù)）。

根據(jù)西門子6RA70系統(tǒng)的P參數(shù)設(shè)定說明，通過對電源及電機(jī)銘牌等參數(shù)的測定和計(jì)算，其主要參數(shù)設(shè)定如下：P076001=100；P076002=50；P078001=240；P078002=380；P082=2；P083=1；P100=260；P101=240；P102=7.4；P114=10；P741=260；P430=0010；P431=0410；P771=0106；P772=0164。

主要參數(shù)設(shè)置完成后，將對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行通電調(diào)試和最優(yōu)化設(shè)置。6RA70的自優(yōu)化功能可通過P51參數(shù)設(shè)定：P051=25（電樞和勵磁的預(yù)控制和電流調(diào)節(jié)器的優(yōu)化運(yùn)行）；P051=26（速度調(diào)節(jié)器的優(yōu)化運(yùn)行動）；P051=27（勵磁減弱的優(yōu)化運(yùn)行）；P051=28（摩擦和轉(zhuǎn)動慣量補(bǔ)償?shù)膬?yōu)化運(yùn)行）。

通過優(yōu)化和調(diào)整參數(shù)達(dá)到裝置與電機(jī)及負(fù)載之間的較佳匹配。6RA70的監(jiān)控與診斷功能可通過操作面板修改所有的參數(shù)。勵磁回路采用電流反饋的閉環(huán)調(diào)節(jié)器，以保證勵磁電流穩(wěn)定，同時(shí)可對電機(jī)的勵磁特性進(jìn)行測量，以實(shí)現(xiàn)最佳弱磁升速特性。通過開關(guān)量輸入輸出信號與控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯控制，通過整體調(diào)試完成對主軸電機(jī)調(diào)速的最佳控制。

該機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)是西班牙FAGOR8025CNC數(shù)控系統(tǒng)，是采用了內(nèi)置PLC加外置PLC64控制模式，主軸控制單元有部分I/O受控于PLC，分別是：I69—主軸故障報(bào)警；I81—主軸零速檢測；O61—主軸CW；O64—主軸CCW；O62—主軸JOGCW；O63—主軸JOGCCW。

在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)主軸換擋無法完成，換擋程序自動中斷，PLC程序報(bào)警，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：I81（零速檢測信號）和PLC的要求不匹配，PLC程序要求，主軸零速時(shí)I81=1；主軸非零速時(shí)I81=0。經(jīng)更改參數(shù)P772后，使I81滿足了PLC程序的要求，主軸換擋順利完成；在調(diào)試和優(yōu)化設(shè)置完成后，手動設(shè)置參數(shù)P303=3；P304=3，以調(diào)節(jié)主軸電機(jī)加減速時(shí)間；設(shè)置參數(shù)P401=-3；P402=3，以滿足主軸JOG運(yùn)行的速度。

現(xiàn)在，7寸數(shù)控鏜銑床主軸控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，基本上實(shí)現(xiàn)無故障運(yùn)行。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]張欣波，辛艷東.普通鏜銑床的數(shù)控改造[J].經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息，2003.

[2]王文龍，王海龍.西門子6RA70型直流調(diào)速器在軋機(jī)中的應(yīng)用[J].金川科技，2010.

[3]曲改玉，趙忠民.6RA70直流調(diào)速裝置在龍門銑床上的應(yīng)用[J].金屬加工：冷加工，2010.