龙门刨改龙门系.docx

1、龙门刨改龙门系龙门刨床改铣床(1) 工作台拖动保留原有机械减速器，再加一级1:75蜗轮减速器，拆除原先拖动工作台作往复运动的60kw直流主电机，改成一台 4级交流异步电机，采纳变频器驱动。因为工作台前进速度很慢，每分钟只要求前进2cm，因此工作台主电机功率没必要要专门大。加大机械减速比，是为了让变频器工作在10hz以上，幸免工作台产生低速爬行现象，变频器功率选型比电机大一级是为避免变频器低速时过电流。工作台不能产生低速爬行是改造的关键点。工作台电机操纵要求:用按钮实现正反转、停机。频率给定有二种方式:可调速档(050hz);固定高速档:80hz。可调速档让工作台铣削时速度可调，固定高速档让工作

2、台不铣削时能够手动快速移动。可调速档用远端操纵盒实现，固定高速档用开关实现，方式是用开关闭合变频器x3、短接x一、x2端子，切换频率给定通道为vci模拟给定，开关断开时为数字给定3(串行口给定)。(2) 拆除龙门刨床横梁刀架上原有的刨刀及附件装置，安装上铣刀、垂直铣动力头(相当于一个齿轮减速器)，动力头的输出轴驱动铣刀旋转，动力头输入轴用 4级交流异步电机驱动。(3) 横梁走刀(也确实是铣刀水平左右移动)电机原为 4级交流异步电机，只用一台变频器，操纵方式同工作台一样，。(4) 侧铣动力头电机为 4级交流异步电机.。引言 某厂A1024A单臂四米龙门刨床，其电气系统由主拖动和操纵系统两部份组成

3、。电气主拖动系统是JF-D直流调速系统，电控部份采纳继电逻辑操纵系统。因已运行了三十连年，电气系统存在着严峻的老化现象，设备精度降低，调速性差，故障率高且继电逻辑操纵系统线路复杂，查找故障必需依照必然的步骤和顺序进行，设备发生故障的次数和处置故障的时刻也愈来愈长。 因此，采纳PLC对A1024A龙门刨床进行数控改造，提高其加工精度，延长其工作寿命，并知足客户对产品技术性能指标的要求，不失为一种投入少，生效快的解决方法。l数控改造方案龙门刨床的工艺流程对操纵系统的要求 调速范围 JF-D调速系统的速度范围为1001 000 rpmmin，即调速范围为10：1；有磨削功能的JF-D调速系统的速度范

4、围为251 000 rpmmin，即调速范围为40：1。 静差度 一样要求S=，即S=105。 工作台的自动循环来回运动 刨削加工时，工作台应能自动往复运动。龙门刨床电气操纵系统的硬件设计 系统的整体结构 目前改造龙门刨床的主拖动部份一样采纳全数字直流调速系统或交流变频调速系统，操纵部份利用PLC。全数字直流调速系统选用国外的成套设备，设备的运行参数用英文显示，设备操作及保护人员要消化和把握系统的性能，需花费较长的时刻和具有必然的技术水平。 而变频调速系统通过量年的推行和利用，各项性能和技术指标不断趋于完善和成熟，节能成效显著。而且由于变频调速系统的各类运行状况和故障情形都能够通过监示器显示，

5、因此，依照当前电气技术的进展趋势和龙门刨床的实际状况，提出图1所示的电气技术改造原理框图。 改造方案中，保留了原先的操作按钮，如此能够适应原操作人员的操作适应，设备的大部份操作都可通过按钮完成。操作指令传送给PLC操纵系统，PLC对这些指令进行处置后操纵相应的设备。PLC将设备的运行状态信号传送给按钮，按钮用指示灯显示相应的信息。 监示器选用触摸屏，能够形象直观地显示整个电气系统的各类运行状态和设备可能发生的电气故障。操作人员和电气保护人员，查看触摸屏画面就能够够了解整个设备运行状况和故障发生的位置。 PLC用于实现开关量逻辑操纵和操纵变频电机转速的方向和大小。按钮站的按钮、外部行程开关和操作

6、手柄通过PLC，操纵油泵、风机、横梁起落、横梁夹紧、垂直刀架、右边刀架、左侧刀架的电动机，和后退行程抬刀电磁铁线圈。 电力拖动系统主回路设计 电气改造时主回路大体不变，只是将主拖动的直流电动机换为交流变频电机。空气开关1ZK，4ZK，5ZK一样处于闭合状态，设备运行时合上总空气开关ZK，非工作时断开。主回路电路如图2所示。 PLC大体单元选型与PLC的外部接线图 PLC大体单元选型 依照所需的PLC的输入输出点数，并留有必然的余地，选择三菱公司生产的FX2N-80MR-001的PLC。它的大体指令执行时刻每条s，存储器容量可扩展到16K步，最大可扩展到256个IO点，有多种摸拟量输入输出模块、

7、高速计数器模块、脉冲输出模块、位置操纵模块、RS 232RS 422，RS 485串行通信模块、功能扩展板和模拟电位器扩展板等，可完全知足设计需要。 PLC的外部接线图 图3是PLC的外部接线图。输入部份能够分为外部工作环境、工作台运行、刀架操纵和横梁运行四部份。输出点分为信号显示、交流接触器线圈操纵和变频器操纵三部份。 电机选型 龙门刨床原直流调速系统的直流电机型号为BCD-93，通过对照，选用55 kW的8极变频电动机，其额定转矩为 Nm。55 kW的8极变频电动机的转矩比原先的直流电动机大，能够知足系统调速范围的要求。 变频器选型 通过对各要紧生产厂家的产品的性能价钱比分析，选用日本安川

8、公司的变频器。为减少改造本钱，选用安川的CIMR-F7A4055变频器，它的带PG Vf操纵方式的调速范围为1：40，速度操纵精度可达，能够知足系统的调速要求。2 软件设计工作台操纵程序设计 龙门刨床工作台的工作分为点动和自动循环两种方式。点动包括步进(点动前进)和步退(点动后退)，目的是调整工作台抵达适合位置，以便摆放加工工件。工作台的自动循环来回运动是对工件进行加工的进程。工作台自动循环来回进程由装在床身的六只行程开关(接近开关)操纵。 在工作台自动循环来回进程的开始时期，要求工作台处于前进减速行程开关X4和后退减速行程开关X5之间，若是工作台没有在那个区间，应在步进或步退方式下，按点动按

9、钮，将工作台调整到该范围之内。将油泵转换开关置于“接通”位置，假设风机和油泵动作，那么工作台自动运行的外部条件符合要求。工作台自动运行的顺序功能图如图4所示。故障诊断程序设计 在龙门刨床运行进程中，常常会显现各类各样的故障，查找老式的继电器逻辑操纵系统的故障超级困难。龙门刨床采纳PLC操纵后，利用PLC和触摸屏壮大的信息处置功能和信息显示功能，在显现故障时，通过触摸屏及时通知操作人员，能够指导检修人员准确地处置故障。工作台自动运行故障诊断程序设计 工作台的自动运行进程与前进后退换向行程开关和前进后退减速行程开关的状态转变紧密相关，若是这4个行程开关出了问题，工作台不能正确地实现步M20M28描

10、述的自动循环进程。 外部设备故障诊断程序设计 外部设备包括风机、油泵和变频器，有外部设备故障时，用起保停电路维持，信号用触摸屏显示。3人机界面设计触摸屏选用 通过综合考虑后选用WEINVIEW生产的MT-510T型8线周密电阻网络型工业触摸屏，它是”彩色TFT液晶触摸屏，640480点像素，有2 MBFLASH ROM和4 MB DRAM。通信口COM1有一个用于PC的RS 232口和一个用于PLC的RS 485422口，COM2是用于PLC的RS 232口。它还有一个标准的并行打印机接口。主画面的设计 主画面形象直观地显示龙门刨床工作台的往复运动状态、抬刀动作和与工作台有关的限位开关的通断状

11、态。用指示灯显示工作台的各类状态，例如前进、后退、慢速切入、前进减速和后退减速，和工作台步进和步退。还用指示灯显示油泵风机、变频器的状态，和进刀、退刀和故障信号等。画面转换关系和主画面如图5和图6所示。4 改造成效 对龙门刨床的电气操纵系统进行了整体设计。主拖动采纳调速范围宽、节能成效显著的变频器，用PLC实现开关量逻辑操纵和变频电动机的转速操纵。操纵系统用触摸屏作人机界面，触摸屏用各类画面来显示龙门刨床的运行状态和故障信息。实践证明，改造好的龙门刨铣床大大提高了机床的性能和加工能力，有效地提高了工件的加工精度，产生了显著的经济效益和社会效益。分享到： (本文转自电子工程世界：变频器在龙门铣床

12、上的应用收藏此信息 添加：杜俊明 来源：1 引言龙门铣床是加工较大型工件的机电加工设备，其电器控制系统包括工作台的主传动和进给机构的逻辑控制两大部分。河南焦作迈科公司有一台龙门铣床，从70年代至今使用了多年。龙门铣床的工作台主传动采用直流可逆调速拖动方式。早期的直流调速控制系统由分立元件构成，使用了若干年以后，故障率明显上升，维修工作量不断增大，故障停工工时急剧上升，已经严重影响生产的正常进行。原来的直流调速系统已经淘汰了，没有可能对直流调速系统换新处理，进行技术改造是必然的选择。2 改造方案对直流调速系统改造，如果保留直流电机，调速系统可用数字式可控硅直流调速系统，如欧陆590a，西门子6r

13、a70，abb dcs400等。这种方案的优点就是利用原有的直流电机，经济上比较省，但缺点也是明显的，其缺点是直流电机较交流异步鼠笼电机的维护工作量大，特别是使用了多年的直流电机，整流子磨损严重，维修花费更多。另一种方案就是采用交流调速系统，将主传动直流电机换为交流异步鼠笼电机，调速控制系统使用变频器。这种方案的缺点是除需要变频器外，还需要将直流电机换为交流电机，改造的费用相对高一些，但是，交流电机结构简单，维护量小，变频器性能优良，便于实现最优控制。比较两种方案的优劣后，选择用交流调速的改造方案。3 龙门铣床工作台运动进程龙门铣床工作台的拖动属于平稳快速的运动系统，工作台的工作流程如图1所示

14、。图1 龙门铣床工作台工作流程图图1中表示了铣床工作台工作铣削行程和返回过程的变化。0t1铣床工作台空行程起动;t1t2铣床工作台以稳定速度n1运转;t2t3铣床工作台带铣削负载加速;t3t4铣床工作台以稳定速度n2运转;t4t5铣床工作台减速;t5t6铣床工作台保持n3速度条件下刀具离开工件;t6t7铣床工作台减速到零;t7t10铣床工作台反向加速到高速运转制动后返回原加工位置，由此在重复上面所述的铣削循环。4 龙门铣床的变频改造(1) 变频器的选型和容量的计算变频器的选型要根据交流电机的容量，交流电机的容量的选择又要以直流电机为参考依据。原工作台直流电机参数为:pn=，nn=1000r/m

15、in，与此相对应的交流电机pn=，nn=970r/min，龙门铣床经常工作在低速加工状态，为保证加工质量，要求电机低速时转矩大，考虑到交流电机的机械特性，在选择交流电机时适当增大容量。本例交流电机选为22kw 6极鼠笼电机。电机容量确定后，可直接选择变频器的容量。龙门铣床工作台为恒转矩负载，要求起动和低速力矩大，最好选用矢量控制变频器，选用希望森兰公司生产的sb61g变频器。该变频器采用先进的无速度传感器矢量控制算法，功能齐全，在各种行业中应用自如。可以选择v/f开环、v/f闭环、无pg矢量控制和有pg矢量控制方式;可选用键盘和外部端子，功能端子的操作方式，并有rs-485串行通讯口，便于与计

16、算机组网控制。在设计中进行可靠性设计，电磁兼容设计，稳定性分析等，具有非常优良的性能。本例选用森兰sb61g22kw变频器。考虑到铣床工作台返回行程时间比较短，惯性较大，需要配用制动单元和制动电阻，制动电阻按100%制动转矩时的标准配置30，5kw，考虑到制动比较频繁，适当加大电阻的容量到10kw。常规设计的自冷式交流异步电动机，在额定工况及规定的环境温度范围内，是不会超过额定温升的。但在变频调速后自冷式交流异步电动机在20hz频率以下运行时，转子自带风扇的风力减低，电机的散热性能变差，如果在恒转矩负载条件下长期运行时电机会过热。因此，对长期低速运行的电机需加恒速风扇降温。加恒速风扇的方法是将

17、交流异步电动机的尾罩卸下，在尾罩上挖一个与轴流风机相适应的圆孔，使其轴流风机装好后，所吹出的风能全部到电机的后端盖上，经机壳导流片导流到电机机身的各个方向上，使之能对电机各个部分都能均匀冷却。轴流风机的电源用220v市电。(2) 变频器功能的设定从龙门铣床工作台工作流程图可见，工作台的运行速度有4段，即n1、n2、n3和返回运行速度。设sb61s22kw变频器为多段速度控制方式，变频器的多端频率控制输入端子为x1，x2，x3，x4，多段速度的频率值由所加工的工件决定，加、减速的时间，由功能代码f009，f010，f631f636决定.其控制信号取自铣床无触点开关，只要铣床工作台运动到相应的位置

18、，无触点开关输出信号送到变频器相应的输入端口上，变频器就加速、减速、反向或恒速运行。(3) plc的应用由于控制线路和低压元器件老化，在对龙门铣床工作台主传动变频调速改造的同时，对铣床的控制线路进行改造。用plc可大大的减少控制电路的复杂性，并可减低成本。plc选用hollias-lec g3 40点plc，编程方式为梯形图，比较简单，不再赘述。5 终止语我国70年代以前生产的机床，需要调速时采用变速箱机械换档调速方式或采用直流调速方式。直流电源的获得是使用交流电动机带动直流发电机，发出的直流电驱动直流电动机调速运行。70年代后，可控硅整流器出现后，直流调速省去了交流电动机带直流发电机的环节，

19、效率大幅度的提高，运行噪声极大的下降。随着变频技术的发展和完善，变频器的性能不断的提高，而价格不断下降，已逐步取代直流调速系统。通过其外围少数几个端子，就可以实现对机床全范围的控制，且变频器内部有较完善的保护功能，无需在设计控制电路时考虑保护电路，既简化了电路又降低了成本。通过对龙门铣床工台拖动系统的改造，使用了plc和变频器，用交流调速系统取代直流调速系统，简化了设备的控制线路，故障率几乎下降到零，实现了可靠、快速、灵活的控制，使工件的铣削质量和工作效率都有明显的提高。变频器和PLC在9米龙门铣床中的应用 2006-12-30来源：减速机信息网阅读：294 字体： 摘要：本文提出了用交流变频

20、调速取代直流调速问题，分析了几种典型变频器操纵方式,给出了变频器及其周边设备选型计算公式,概述PLC变频调速中灵活应用，简述变频器和PLC安装中应注意一些问题,最后介绍变频调速系统调试情形。 关键词：变频器PLC龙门铣床调速系统 1.引言 直流电气传动和交流电气传动19世纪先后诞生。直流传动易于实现调压、调磁调速，并有成熟控制理论和控制系统，可以满足工业生产发展不断提出宽调速、高精度和快速响应要求，20世纪大部分年代里，高性能调速系统都采用直流调速传动，而约占电气传动总容量80%不变速电气传动则采用交流电气传动，这种分工一段时间里已成为举世公认格局。交流调速传动控制原理很早被确立，异步电机降电

21、压调速，绕线转子异步电机转子串电阻调速等虽已实用化，但调速范围、稳定性、可靠性和维修性等方面有些不足，应用范围受到限制。1965年以后，电力电子技术不断发展和进步，伴新控制理论提出与完善，使交流调速传动，尤其是性能优异变频调速传动到飞速发展。绕线转子异步电机串级调速，采用变频器无换向器电机调速，笼型异步电机变频调速等依次实用化，完成了以变频调速为主流交流调速传动基础。现代矢量技术应用，使交流调速传动也具备了直流调速传动高性能。直流电机换向器是它主要薄弱环节，它使直流电机单机容量、过载能力、最高电压和最高转速等重要技术指标受到限制，也给直流电机制造和维护带来了不少麻烦，这些缺点，很大程度上限制了

22、直流电机应用。交流变频调速传动中笼型异步电机结构简单、坚固耐用、运行可靠、维护方便、转动惯量小、动态性能好，其单机容量、电压等级和最高转速等技术指标，均优于直流电机。目前，高性能交流变频调速系统已完全可以和直流调速系统相媲美，可以直流电机无法应用场合使用。直流调速传动一统天下旧格局已被打破，用交流调速传动取代直流调速传动已成为可能。 2.龙门铣床直流调速系统进行改造必要性 我厂用于道岔加工龙门铣床调速系统采用三相半控桥不可逆直流拖动，分为工作台、左主轴和右主轴三个进给方向。这台机床电控系统运行已有十余年，直流调速插板已严重老化，加之插板之间连线多，由导线虚接造成故障日渐增多，维修成本不断上升。

23、此台龙门铣床调速系统急待改造。 近年来，交流变频调速传动发展日新月异，它优异调速性能已能取代传统直流调速系统。，电子元器件发展，变频器价格不断降低，经济性价比,不断上升，也给它应用提供了日益广阔市场。我们详细分析比较了直流调速系统与交流调速系统优缺点，采用变频器改造原调速系统，可带来以下好处： 简化操纵线路 变频器使用极为方便，可其外围少数几个控制端子进行全范围控制。变频器内部有完善保护措施，无须其外围线路中设计各种保护电路。变频器正反向运行是控制端子来改变逆变器输出相位来实现，可以比原直流调速系统少两个大型直流接触器。采用具有无速度传感器矢量控制变频器后，还可以去掉用作转速反馈速度传感器，使

24、控制线路大为简化。 能够采纳标准笼型异步电机 采用笼型异步电机可以充分发挥它坚固耐用、结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉优势，避免直流电机定期更换、维护电刷和换向器麻烦。 调试方便 变频器各种运行参数调试智能化键盘和显示器来完成，设置方便，更改灵活，调试时间短。传统直流调速系统调试涉及到触发脉冲相位调整，放大板PI整定，转速负反馈调试等多项参数综合统调，调试难度大，时间长，且不易达到最优控制。 3.变频器选择 变频器正确选用机械设备电控系统正常运行是至关重要。选择变频器，首先要机械设备类型、负载转矩特性、调速范围、静态速度精度、起动转矩要求，然后决定选用何种控制方式变频器最合适。所谓合适是

25、满足机械设备实际工艺生产要求和使用场合前提下，实现变频器应用最佳性价比。 机械设备负载转矩特性 人们实践中常将生产机械负载转矩特性不同，分为三大类型：恒转矩负载、恒功率负载和流体类负载。 恒转矩负载 这类负载中，负载转矩TL与转速n无关，任何转速下TL总保持恒定或基本恒定，负载功率则负载速度增高而线形增加。传送带、搅拌机、挤压机和机械设备进给机构等摩擦类负载以及起重机、提升机、电梯等重力负载，都属于恒转矩负载。 变频器拖动恒转矩性质负载时，低速时输出转矩要足够大，要有足够过载能力。需要低速下长时稳速运行，应该考虑标准笼型异步电动机散热能力，避免电动机温升过高。 恒功率负载 这类负载特点是需求转

26、矩TL与转速n大体成反比，但其乘积即功率却近似保持不变。金属切削机床主轴和轧机、造纸机、薄膜生产线中卷取机、开卷机等，都属于恒功率负载。 负载恒功率性质应该是就一定速度变化范围而言。当速度很低时，受机械强度限制，TL不可能无限增大，低速下转变为恒转矩性质。负载恒功率区和恒转矩区对传动方案选择有很大影响。电动机恒磁通调速时，最大允许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而弱磁调速时，最大允许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。电动机恒转矩和恒功率调速范围与负载恒转矩和恒功率范围相一致时，即所谓“匹配”情形下，电动机容量和变频器容量均最小。 流体类负载 这类负载转矩与转速二次方成正比，功率与转速三次方成

27、正比。各种风机、水泵和油泵，都属于典型流体类负载。 流体类负载变频器调速来调节风量、流量，可以大幅度节约电能。流体类负载高速时需求功率增长过快，与负载转速三次方成正比，不应使这类负载超工频运行。 变频器控制方式 现市场上出售变频器种类繁多，功能也日益强大，变频器性能也越来越成为调速性能优劣决定因素，变频器本身制造工艺“先天”条件外，对变频器采纳什么样操纵方式也是超级重要。下表综述了最近几年来各类变频器操纵方式性能特点。 综上所述，异步电动机变频控制选用不同控制方法，就可到不同性能特点调速特性。 同时，调频控制不同控制方法，就可到不同类型机械特性。基频以下恒磁通变频调速控制方式，其机械特性属于恒

28、转矩调速方式，它适用于负载转矩与转速无关，任何转速下负载转矩总保持恒定或基本恒定，负载功率则负载速度增高而线形增加应用场合，例如传送带、搅拌机、挤压机和机械设备进给机构等摩擦类负载以及起重机、提升机、电梯等重力负载等。基频以上弱磁变频调速控制方式，其机械特性属于恒功率调速方式，适用于负载随转速升高而减小应用场合，例如机床主轴传动、卷扬机等。 负载特性选取适当操纵方式变频器 我们这次改造对象是9米龙门铣床进给机构，工作台进给和左、右主轴进给机构均属于恒转矩负载，它转矩速度特性如图1所示。原来直流调速系统调速范围D=50，要达到50:1调速比就必须选用带有矢量控制功能高性能变频器。 异步电机矢量控

29、制就是象它励直流电机控制一样，将电机定子输入电流分解成产生磁通电流分量和产生转矩电流分量，分别进行独立瞬时控制，同时将二者合成后定子电流供给电机。原理上，以矢量控制决定变频器输出频率，需要检测电机转速,这是转差型矢量控制。控制理论发展和数字信号处理器（DSP）应用，不用速度传感器“只用异步电机三根线操纵”即无速度传感器矢量操纵也实现了有效化。目前，市场上出售无速度传感器矢量操纵变频器调速范围可达到100：1。无速度传感器矢量操纵是转矩电流转变量积分运算来推算电机转速，必将会带来推算误差。要求进一步提高调速范围和精度，就要选用带速度传感器矢量操纵。目前，市场上出售带速度传感器矢量操纵变频器调速范

30、围可达1000：1。 普通笼型电机安装速度传感器增加工艺难度，加大了技改成本。无速度传感器矢量控制变频器主要技术指标已能满足原机床设计要求，我们选择了FRENIC5000G11S型低噪音、高性能、多功能变频器，它几项主要技术指标如下： 调速范围 无速度传感器矢量控制100：1 启动力矩 时200%额定转矩（动态转矩矢量控制） 频率精度 最高输出频率%以下 G11S变频器提供第1电机和第2电机切换功能，且第2电机也有类似第1电机功能参数设置选项（动态转矩矢量控制），我们利用该功能将工作台进给电机设置为第1电机（动态转矩矢量控制模式），左、右主轴进给电机设置为第2电机（动态转矩矢量控制模式）。变频

31、调速部分电气原理图如图2所示。 4.变频器及其周边设备容量计算 变频器容量计算 变频器容量计算之前，要确定拖动负载电动机容量。有原直流电机作依据，我们不必进行详细转矩计算。工作台进给电机容量（11KW）大于左、右主轴进给电机容量（均为），变频器容量计算以工作台进给电机为依据。 工作台进给传动交流电机参数为：型号，Y160M-4；功率，Pn=11KW；转速，ne=1460rpm；额定电流，In=。 变频器连续运行场合，其额定输出电流： I1nv（1） 上式中I1nv为变频器额定输出电流，Imax为电动机实际最大电流。 我们现场测试数据，工作台进给传动电机最大负载电流Imax26A，代入上式（1）

32、那么有：I1nv26=，即变频器额定输出电流必需大于。查FRN-G11S变频器手册，选择FRN15G11S-4CX型，它额定输出电流为30A，知足式（1）要求。 再生能量处置 当采用变频器传动工作台进给电机急减速时，异步电动机将处于再生发电状态。变频器逆变器中六个回馈二极管将传动机构机械能转换成电能回馈到中间直流回路，并引起储能电容两端电压升高。若不采取必要措施，当中间直流回路电容电压升到保护极限值后变频器将过电压跳闸。 高性能工程型变频器中，对连续再生能量处理有以下两种方案。中间直流回路设置电阻器，让持续再生能量电阻器以发烧形式消耗掉，这种方式称为动力制动；采纳再生整流器方式，将持续再生能量送回电网，这种方式称为回馈制动。动力制