西門子直流調速器在磨床上的應用

張瑜　馬銘　魯蓓

摘 要：文章論述了西門子直流調速器在軋輥磨床上的應用，詳細地說明了磨床電氣控制系統功能、組成和實現，對西門子PLC及直流調速器的構成、性能及其功用進行了較為詳細地分析說明，對軟硬件的具體實現給出了有關說明。最后指出，軋輥磨床使用調速器進行控制系統改造是一種運行可靠、控制效果顯著使用的數字化控制系統。

關鍵詞：磨床；S7-200；直流調速器；數字化

前言

BE-760S型外圓磨床是高精度外圓磨床，主要用于熱軋工作輥的磨削。由于設備已經使用多年，目前電氣元件老化嚴重，使用可控硅進行調速系統的穩定性越來越差、參數漂移較大，穩速性能很差，故障越來越多，維修成本逐年加大，其控制精度也越來越差，導致了軋輥精度無法滿足要求，嚴重的制約了生產的有效進行和軋制產品精度。

原來的控制系統采用晶體管元件所構成的的邏輯電壓、電流雙閉環自動控制系統。隨著電子電力技術的發展、計算機控制技術的進步，數控技術正在發生翻天覆地的變化。數控系統已實現了向超薄化、超小型、智能化、網絡化方向發展，這些都為磨床的改造提供了技術支持和強有力的保障。因此，為了達到優化完善電氣控制系統，方便操作、提高生產率，提高設備控制性能的目的，我們對磨床電氣控系統的改造已顯得尤為迫切。

1 電氣控制的功能及要求

磨床的的控制要求

（1）主軸電機為單向運行，需要轉速的范圍為40～1800rpm/min，調速比為9：1，電機的啟停操作及速度調節都是在磨床可移動的操作箱上操作。

（2）機臺的運行要求：油泵運行且壓力正常；保留原有的過電流、限位保護，及運行方式；磨床的控制主要是實現低速、快速、爬行速度時的往復左右行走；左、右自動切換必須有保護；臺床具有左、右寸動運行功能；調速范圍為40～1800rpm/min調速比9：1。

（3）砂輪電機運行的先決條件為油泵正常運行，在油泵運行的情況下，且油壓正常；運行為單向運行方式，當電樞電流超過額定電流的120%時采取弱磁調速；砂輪臺運行方式有高速前進、后退，前沖和后沖，砂輪需實現自動給進。

（4）砂輪根據軋輥的形狀不同，可選擇曲面背隙補償開關是否加入運行，可使砂輪工作中與輥面接觸均勻。

（5）系統采用西門子全數字直流調速器及PLC構成的全數字直流調速系統實現。

（6）改造后實現原系統的所有功能，同時操作方式應與原來的方式保持一致。

（7）直流調速器滿足電控系統的靜、動態調速的性能要求，電機的過載能力為電機額定電流的2.5倍。

（8）系統應該具有故障自動查詢診斷功能，有自動顯示故障類型的功能。

（9）各個系統的安全保護設施要全面，包括：過電壓、欠電壓、過電流、失磁、缺相、互鎖、限位等。

2 電氣控制系統的組成及控制原理

2.1 控制系統的組成

BE-760S型軋輥磨床由一個旋轉主軸，及平移臺床、砂輪及其它輔助機構組成。其中軋輥旋轉主軸傳動、砂輪傳動和臺床移動傳動為直流傳動；其他如：液壓泵、油冷卻泵、紙過濾機等均為交流電機。

磨床的操作主要由以下組成：

（1）臺車的手動往返動操作及其自動往返運行；（2）主軸的無級調速控制；（3）砂輪機進給方式、橫向移動和臺車的聯動等調速控制；（4）油冷卻泵、液壓泵、紙過濾機等交流電機傳動的控制和保護；（5）砂輪快速進給的運行、制動控制及保護；（6）軋輥旋轉主軸、砂輪、臺床移動三臺直流電機運行的電樞電壓、電流；勵磁的電壓、電流以及其他的速度由儀表顯示。

2.2 控制原理

磨床的三臺直流電機采用西門子全數字直流控制裝置進行控制，對其主軸、砂輪、臺車進行運行速度控制，運行速度的給定采用電位計給定，PLC根據運行控制邏輯對三臺直流電機進行啟動、停止等進行邏輯控制，以滿足系統的運行速度精度和性能等要求；在三臺直流電機中，為了滿足系統運行的性能要求，砂輪采用由測速機測得的速度信號進行速度反饋，軋輥旋轉主軸和臺床移動電機采用電樞電壓反饋；交流電機根據原控制要求，由PLC進過中間繼電器進行邏輯控制，通過采用繼電器節點使交流接觸器得電動作這種方式，簡化了控制，減少了所需節點的數量，降低了成本及故障。

采用西門子S7-200，主要由他完成系統的邏輯控制，即按照原來磨床的控制要求，完成各個電機的啟動、調速，制動，停車，等一系列動作，完成各個交流電機的啟動、運行、停止等操作；PLC在完成上述的各項輸入信號的采樣、程序運行，輸出控制的基礎上，PLC還可以對故障進行實時監控，并與西門子觸摸屏TD200搭配，對所有的故障進行顯示和查詢，方便對設備進行檢修維護。PLC控制系統與各個設備通過采用profibus通訊網絡進行連接，通profibus過進行數據交換，這樣不但可以大大減少設備間的布線，降低工程成本和安裝周期，而且了數據的傳輸增加了可靠性，減少了設備運行時的故障。

2.3 硬、軟件的實現

該系統中選用的PLC為S7-200，PLC類型為CPU226，該CPU自身帶有24個數字輸入點和16個數字輸出點，還有6個高速計數模塊，還可外接7個擴展模塊，13K字節的存儲空間，用來存儲程序和數據，通訊采用串口通訊形式。

3 改造成果及結論

3.1 應用效果

軋輥磨床電氣控制系統進行更新以后，設備運行良好穩定，改造后的效益主要反映在以下兩個方面：

（1）電氣改造以后，系統平穩、運行可靠，設備基本上已實現免維護運行，設備運行故障率非常低。基本解決了原老舊分離元件的采購困難的問題，備件的消耗費用可節約生產成本約20000每年。

（2）系統改造后，軋輥的加工精度有了明顯的提高，加工速度有了很大的進步，確保了軋輥供應的的連續性，提高了產品的精度。從以上情況來看，對軋輥磨床電控系統的改造更新有著非常重要的意義，由西門子直流調速器及S7-200構建的數字化系統是一種應用廣泛、運行可靠、控制效果顯著的數字化控制系統，值得廣泛推崇。

3.2 結論

軋輥磨床電氣控制系統中，S7-200作為主控制器用來控制軋輥磨床的全部動作，用直流調速器進行機床各直流電機的調速控制，通過對調速器各個參數的設置，使其調速控制電機的啟動、停止更加的平穩。在控制柜上安裝有電樞電壓、電流、勵磁電流、電機的速度指示表，使用TD200觸摸屏進行設備運行的監控，設備故障的報警。這些使磨床電氣控制結構有效的簡化，減少了干擾源，大幅提高了控制系統的抗干擾能力。從運行實際情況來看，該電氣控制系統運行可靠平穩、控制效果良好。由西門子直流調速器及S7-200構建的數字化系統是一種值得廣泛推崇使用的數字化控制系統，可為此類工作方式的設備的進行改造提供新的方法和思路，它具有顯著的實際意義和顯著地經濟效益。

參考文獻

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[2]張進秋.可編程控制器原理及應用實例[M].北京：機械工業出版社，2003.