X2010C-2L型龍門(mén)銑床電氣系統(tǒng)改造

金 晶，趙家平

（寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，寧夏石嘴山 753001）

0 前言

X2010C-2L型龍門(mén)銑床是北京第一機(jī)床廠1982年生產(chǎn)產(chǎn)品，銑床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則有工作臺(tái)沿床身導(dǎo)軌前后移動(dòng)，垂直主軸箱沿橫梁導(dǎo)軌左右移動(dòng)，水平主軸箱沿立柱導(dǎo)軌上下移動(dòng)，在同一時(shí)間內(nèi)機(jī)床只允許單一方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，不允許兩個(gè)部件或多個(gè)部件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)或主軸箱的進(jìn)給速度均由同一VCM直流調(diào)速系統(tǒng)供電調(diào)速。工作臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)容量為5.5 kW，主軸箱移動(dòng)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)容量為2.2 kW，所有進(jìn)給動(dòng)作（包括橫梁升降）必須等液壓系統(tǒng)工作正常、壓力繼電器動(dòng)作后方可進(jìn)行；進(jìn)給與橫梁的升、降互鎖；主軸與進(jìn)給互鎖；每個(gè)進(jìn)給方向都設(shè)有超程保護(hù)開(kāi)關(guān)；設(shè)有點(diǎn)動(dòng)/連續(xù)工作方式；；工作臺(tái)和2個(gè)主軸箱具有正、反向進(jìn)給和正、反向快速功能。由于該系列的設(shè)備使用年代久遠(yuǎn)，電氣控制系統(tǒng)線路老化,調(diào)速不穩(wěn)定,加工質(zhì)量不高,繼電器故障頻繁,維修困難,維修成本高，加上現(xiàn)在很難買(mǎi)到原有的VC-M直流調(diào)速系統(tǒng)配件，為此，采用歐陸590C直流調(diào)速器和歐姆龍CPM2AE型PLC對(duì)該機(jī)床進(jìn)行電氣改造。

1 歐陸590C直流調(diào)速器

歐陸590C直流調(diào)速器主要由集成電路控制板、可控硅模塊、液晶顯示器、參數(shù)調(diào)整按鈕、功能設(shè)置開(kāi)關(guān)等組成。輸入電壓為三項(xiàng)AC 380 V,電樞端輸出直流電壓值有DIP開(kāi)關(guān)設(shè)定，設(shè)定范圍為DC 150～500 V。590C直流調(diào)速器有內(nèi)部勵(lì)磁和外部勵(lì)磁兩種勵(lì)磁選擇方式。590C直流調(diào)速器可用傳統(tǒng)模擬給定反饋工作，也可用上位機(jī)、或數(shù)字輸入給定及增量式光編碼器反饋工作。歐陸590C內(nèi)部設(shè)有過(guò)流、失磁、速度反饋丟失、電機(jī)超溫、可控硅模塊超溫、可控硅觸發(fā)失敗等保護(hù)功能，同時(shí)590C直流調(diào)速器內(nèi)部還設(shè)有故障自診斷功能，并將故障信息顯示出來(lái)，以便于維修人員查找故障。

2 歐姆龍可編程序控制器

歐姆龍CPM2AE型可編程序控制器是一種緊湊型PLC，輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)有10點(diǎn)20、40和60點(diǎn)，同時(shí)還可以擴(kuò)展數(shù)字量單元模塊和模擬量單元模塊。該機(jī)體積小、重量輕、性能高、軟件功能強(qiáng)大、端子臺(tái)可以脫卸維護(hù)性提高，主機(jī)進(jìn)線電源為AC 100～240 V，輸入點(diǎn)為DC 24 V，輸出形式有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出，輸出驅(qū)動(dòng)電壓可依據(jù)PLC的輸出形式選用AC或DC電源。

3 改造方案

X2010C龍門(mén)銑床元件老化、故障率高、維修困難，考慮到大部分故障都是由電氣故障造成的停機(jī)，因此決定將X2010C龍門(mén)銑床的電氣控制部分進(jìn)行全面改造。具體方案如下。

（1）保留原有2臺(tái)主軸電機(jī)和3臺(tái)進(jìn)給直流電機(jī)、原有液壓系統(tǒng)。

（2）保留原有直流勵(lì)磁系統(tǒng)，采用外部勵(lì)磁分別供給直流電機(jī)和測(cè)速電機(jī)

（3）保留原有變壓器，其余電氣元件全部從控制柜中拆除，更換床身電線電纜。

（4）選用歐姆龍CPM2AE型PLC作為機(jī)床的主控制單元，提高動(dòng)作準(zhǔn)確率，簡(jiǎn)化電路。

（5）拆除原有VC-M直流調(diào)速系統(tǒng)，改為2臺(tái)590C直流調(diào)速器分別控制工作臺(tái)和主軸箱運(yùn)動(dòng)。

（6）完善設(shè)備改造后全部電氣資料，方便后期維護(hù)。

4 改造措施

（1）重新設(shè)計(jì)機(jī)床電氣控制策略，繪制控制原理圖、接線圖。

（2）拆除舊電氣控制柜，依據(jù)新的電路圖重新配置電控柜及各類(lèi)引線。

（3）保持原有按鈕操作站，但加裝兩件10 kΩ可調(diào)電位器分別控制工作臺(tái)和主軸箱直流調(diào)速器速度給定。

（4）從機(jī)床的控制信號(hào)來(lái)看，需要輸入點(diǎn)35個(gè)，輸出點(diǎn)24個(gè)，因此可選用OMRON CPM2AE-60CDR-A，型60點(diǎn)PLC。輸入36點(diǎn)/輸出24點(diǎn)，輸入電壓DC 24 V/輸出電壓DC 24 V。

（5）工作臺(tái)進(jìn)給直流電機(jī)功率5.5 kW，選用歐陸590C 70 A直流調(diào)速器;主軸箱進(jìn)給直流電機(jī)功率2.2 kW，選用歐陸590C 35 A直流調(diào)速器。

5 改造原理

主要講述直流電機(jī)的運(yùn)行調(diào)速原理（圖1），以工作臺(tái)直流調(diào)速器工作原理為列，直流調(diào)速器輸入三相380 V電源，由主線路經(jīng)過(guò)速溶保險(xiǎn)、電抗器、交流接觸器KM22主觸點(diǎn)供給，接線端子D7，D8輸入220 V電壓。直流調(diào)速器通電無(wú)故障，KA31繼電器得電吸合，為調(diào)速器的使能提供條件。在液壓系統(tǒng)正常工作，壓力繼電器動(dòng)作后，KA2繼電器得電吸合，常開(kāi)點(diǎn)閉合，端子C5得電提供使能。當(dāng)按工作臺(tái)常速正、反轉(zhuǎn)和快速正、反轉(zhuǎn)按鈕，KA16得電吸合，KA17，KA18，KA19，KA20其中的一個(gè)繼電器得電其常開(kāi)點(diǎn)吸合，調(diào)速器開(kāi)始運(yùn)行。直流調(diào)速器接線端子A1相當(dāng)于0點(diǎn)位，調(diào)速器通電后，B3有+10 V電壓，B4有-10 V電壓，通過(guò)可調(diào)電位器調(diào)節(jié)A4和A1之間的電壓，改變直流調(diào)速器電樞輸出端子A-和A+之間的電壓，電樞電壓改變后，電機(jī)轉(zhuǎn)速改變。A4是正電壓時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，A4是負(fù)電壓時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。各直流電機(jī)的勵(lì)磁采用外部勵(lì)磁，由整流橋輸出110 V電壓供給，各直流電機(jī)的電樞電壓由直流調(diào)速器輸出供給，電壓是0～175 V。綜上所述，通過(guò)改變電樞電壓的大小來(lái)改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)改變電樞電壓的正、反向來(lái)改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向。測(cè)速發(fā)電機(jī)反饋回來(lái)的電壓，接入端子G3，G4，直流調(diào)速器根據(jù)反饋回來(lái)的電壓，計(jì)算并穩(wěn)定電機(jī)轉(zhuǎn)速。測(cè)速發(fā)電機(jī)的發(fā)電量是0～106 V。

圖1 直流調(diào)速器接線原理

6 調(diào)試

（1）試PLC輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的狀態(tài)是否正確。前提是直流調(diào)速器不通電，各交流接觸器電源切斷，線圈斷電。PLC的輸出接口為繼電器輸出，為了避免燒壞輸出口，建議不要用輸出口直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，可以先驅(qū)動(dòng)一個(gè)中間繼電器，再用中間繼電器驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

（2）在PLC輸出點(diǎn)動(dòng)作正確后，接通交流電機(jī)的主接觸器，試垂直主軸電機(jī)和水平主軸電機(jī)正、反轉(zhuǎn)是否正常，橫梁升降電機(jī)和橫梁液壓電機(jī)運(yùn)行是否正常。

（3）直流調(diào)速器調(diào)試。把直流電機(jī)與負(fù)載脫開(kāi)測(cè)試。檢查調(diào)速器接線正確；電機(jī)銘牌參數(shù)設(shè)置，通過(guò)調(diào)速器上的撥檔開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)。包括電樞額定電流設(shè)置，勵(lì)磁額定電流設(shè)置，電樞電壓設(shè)置，反饋電壓設(shè)置；參數(shù)設(shè)置：①因?yàn)槭峭獠縿?lì)磁，所以勵(lì)磁啟動(dòng)FIELD ENABLE設(shè)置為關(guān)閉勵(lì)磁輸出，即DISABLED。②因?yàn)槭侵绷鳒y(cè)速發(fā)電機(jī)反饋，所以速度反饋方式選擇為模擬測(cè)速反饋方式，即ANALOG TACH。③斜坡加速時(shí)間設(shè)置為3 s，斜坡減速時(shí)間設(shè)置為2 s。④因?yàn)楣ぷ髋_(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和銑頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是正、反向可逆運(yùn)動(dòng)，所以再生方式REGEN MODE設(shè)置為啟動(dòng)，即ENABLED。⑤進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要求按停機(jī)按鈕立即停車(chē)，不得溜車(chē)，所以停機(jī)時(shí)間STOP TIME設(shè)置為0.1 s。參數(shù)設(shè)置完成要進(jìn)行參數(shù)存儲(chǔ)，避免因電源中斷，造成參數(shù)流失；通電試運(yùn)行，做到調(diào)速器無(wú)報(bào)警，運(yùn)行平穩(wěn)。

7 改造效果

改造后設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)性能得到明顯改善，調(diào)速性能高。這種數(shù)字直流調(diào)速裝置是一種高精度傳動(dòng)裝置，以其自身的優(yōu)點(diǎn)使整個(gè)主傳動(dòng)控制系統(tǒng)的精度、調(diào)速范圍、快速性能有了很大的改善，從而提高了加工能力及其加工質(zhì)量。使用先進(jìn)的可編程控制器取代繁雜的交直流繼電器控制系統(tǒng)，使元件減少，連線減少，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)維護(hù)也十分方便。

［1］陳遠(yuǎn)齡.機(jī)床電氣自動(dòng)控制［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社.2001.

［2］高安邦.機(jī)床電氣與PLC控制技術(shù)項(xiàng)目教程［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2011.