對(duì)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(jī)床原有控制方式，重新設(shè)計(jì)制作PLC邏輯控制電器柜和懸掛式操作站，以及固定操作臺(tái)的面板，在操作站上增設(shè)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(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為IP54；PLC采用西門子S7-200可編程控制器；取消原電機(jī)擴(kuò)大機(jī)-直流發(fā)電機(jī)-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，采用歐陸590直流驅(qū)動(dòng)裝置分別驅(qū)動(dòng)4臺(tái)直流電機(jī)。采用YD225S-4/2雙速32/37 kW交流電機(jī)替代原垂直銑頭的主軸電機(jī)；所有電機(jī)清洗換油，更換有問題的電機(jī)軸承，主電機(jī)需更換電刷。另外，還更換全部的電線、電纜及開關(guān)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(guó)家認(rèn)證、有生產(chǎn)許可證廠家生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

1 對(duì)設(shè)備的簡(jiǎn)要說明

該機(jī)床為工作臺(tái)移動(dòng)式刨銑床，由兩套發(fā)電機(jī)組分別帶動(dòng)兩套直流電動(dòng)機(jī)和手動(dòng)切換離合的減速箱供機(jī)床的刨削和銑削加工；橫梁（單臂）在主立柱上由交流電機(jī)拖動(dòng)，做上下移動(dòng)，橫梁（單臂）另一端設(shè)有一個(gè)輔助立柱，對(duì)橫梁起輔助支撐及橫梁調(diào)平作用，橫梁采用液壓夾緊方式。機(jī)床配備一個(gè)套筒移動(dòng)式的垂直銑頭、一個(gè)垂直刨頭和一個(gè)側(cè)刨頭（已改為銑頭）。

2 設(shè)備主要結(jié)構(gòu)的參數(shù)說明

2.1 工作臺(tái)

2.1.1 工作臺(tái)刨削

工作臺(tái)刨削工作速度：5~60 m/min。

工作臺(tái)刨削傳動(dòng)直流發(fā)電機(jī)：215 kW，1 465 r/min。

工作臺(tái)刨削傳動(dòng)直流電機(jī)：功率103kW，電樞電壓150（275）V、電樞電流 790 A，勵(lì)磁電壓 63（36）V、勵(lì)磁電流 38（23）A，轉(zhuǎn)速 400（800/960）r/min。

2.1.2 工作臺(tái)銑削

工作臺(tái)銑削速度：慢進(jìn)給 20~200 mm/min、快進(jìn)給 20~1 000 mm/min，快速給 2 m/min。

工作臺(tái)銑削傳動(dòng)直流發(fā)電機(jī)：16 kW，1 430 r/min。

工作臺(tái)銑削傳動(dòng)直流電機(jī)：功率12 kW，電樞電壓220 V、電樞電流 63 A，勵(lì)磁電壓 195（75）V、勵(lì)磁電流 2.1（0.8）A，轉(zhuǎn)速1 200/2 400 r/min。

2.1.3 工作臺(tái)潤(rùn)滑

工作臺(tái)潤(rùn)滑為強(qiáng)力潤(rùn)滑方式，潤(rùn)滑泵電機(jī)：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(jī)拖動(dòng)橫梁，做上下位移，到預(yù)定位置后，主立柱與橫梁做預(yù)卡緊動(dòng)作，輔助立柱上的平衡電機(jī)工作，對(duì)橫梁做調(diào)整水平的微量整定。調(diào)整完成后，對(duì)橫梁進(jìn)行完全夾緊。橫梁的夾緊和放松，由設(shè)在橫梁上的獨(dú)立液壓站實(shí)現(xiàn)。

升降拖動(dòng)交流電機(jī)一臺(tái)：36 kW。

橫梁平衡調(diào)整交流電機(jī)一臺(tái)：2.8 kW。

液壓站交流電機(jī)一臺(tái)：1.47 kW。

2.3 垂直銑頭

垂直銑頭橫向進(jìn)給采用一臺(tái)直流電機(jī)通過離合器驅(qū)動(dòng)，手動(dòng)潤(rùn)滑，套筒快速移動(dòng)由一臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸電機(jī)為雙速交流電機(jī)。

主軸交流電機(jī)功率為28/37 kW、轉(zhuǎn)速1 240/2 840 r/min。

垂直銑頭銑削進(jìn)給直流電機(jī)：功率3.3 kW，電樞電壓220 V，電樞電流 18.5 A，勵(lì)磁電壓 215（70）V，勵(lì)磁電流 1.1（0.35）A，轉(zhuǎn)速1 200/3 000 r/min。

銑頭套筒快速交流電機(jī)：0.6 kW，1 630 r/min。

2.4 垂直刨頭

垂直刨頭橫向進(jìn)給及垂直進(jìn)給采用一臺(tái)直流電機(jī)通過離合器驅(qū)動(dòng)，橫向進(jìn)給及垂直進(jìn)給的放松及卡夾采用兩臺(tái)交流電機(jī)分別實(shí)現(xiàn)，刨頭的抬刀及落刀采用一臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流電機(jī)：功率1.5 kW，無名牌及相關(guān)數(shù)據(jù)需根據(jù)電機(jī)實(shí)測(cè)選配系統(tǒng)；橫向進(jìn)給的放松及卡夾交流電機(jī)：0.75 kW；垂直進(jìn)給的放松及卡夾交流電機(jī)：1.2 kW；抬刀交流電機(jī)：4.1 kW。

2.5 側(cè)刨頭（已改為銑頭）

已改裝部分：側(cè)刨頭保留原進(jìn)給機(jī)構(gòu)及滑座，拆除原刀架部分加裝了一個(gè)套筒移動(dòng)式銑頭。現(xiàn)有部分：進(jìn)給交流電機(jī)一臺(tái)：6 kW；銑頭主軸交流電機(jī)一臺(tái)：15 kW，30.3 A，1 460 r/min。

2.6 操作方式

機(jī)床配備有固定操作臺(tái)和懸掛式操作站。

3 歐陸590直流裝置與電機(jī)擴(kuò)大機(jī)-直流發(fā)電機(jī)-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的比較

電機(jī)擴(kuò)大機(jī)-直流發(fā)電機(jī)-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)涉及電機(jī)多，交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)浪費(fèi)電能很嚴(yán)重，而且電控部分采用繼電器進(jìn)行邏輯控制，其線路復(fù)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(biāo)準(zhǔn)電壓，提供直流輸出電壓和電流，用于電樞和勵(lì)磁，適用于直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)和永磁電動(dòng)機(jī)的控制，尤其是耗能低。該裝置設(shè)有人機(jī)接口，可以根據(jù)電機(jī)標(biāo)牌設(shè)定參數(shù)，可以進(jìn)行電樞電流控制、速度控制、勵(lì)磁控制，還可以設(shè)定故障報(bào)警，便于排除故障，準(zhǔn)確、快捷維修。

4 14 m單臂銑刨床的主要結(jié)構(gòu)和直流調(diào)速裝置

4.1 14 m單臂銑刨床的主要結(jié)構(gòu)

銑刨床主要結(jié)構(gòu)有：工作臺(tái)銑、工作臺(tái)刨、油泵、風(fēng)機(jī)、橫梁升降、橫梁夾緊、垂直銑頭、垂直刨頭及右側(cè)銑頭等電機(jī)。

4.2 直流調(diào)速裝置的選型

根據(jù)設(shè)備主要機(jī)構(gòu)的參數(shù)說明，刨臺(tái)直流調(diào)速裝置采用歐陸590P-1250A型，銑臺(tái)直流調(diào)速裝置采用歐陸590C-70A型，垂直銑頭直流調(diào)速裝置及垂直刨頭直流調(diào)速裝置采用歐陸590C-35A型。

5 PLC的控制程序設(shè)計(jì)

5.1 PLC程序設(shè)計(jì)概述

本文采用的是比較簡(jiǎn)單并容易編程的繼電器電路轉(zhuǎn)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?qū)崿F(xiàn)繼電器系統(tǒng)的功能。

5.2 PLC梯形圖的編制

在設(shè)計(jì)、編制控制程序時(shí)，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(yùn)行及控制要求。

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

6 結(jié)論

本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)改造實(shí)踐，通過所了解的電氣知識(shí)，完成了對(duì)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(jī)擴(kuò)大機(jī)-直流發(fā)電機(jī)-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，噪聲大、調(diào)速范圍窄，尤其耗電很嚴(yán)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(tǒng)，電器接線多，體積大，連線復(fù)雜；它是通過采用觸電開關(guān)實(shí)現(xiàn)控制的，動(dòng)作速度慢，一般為十幾毫秒；觸點(diǎn)易氧化、粘連，可靠性和維護(hù)性差，故障率高，檢修、維修困難。

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

通過此次改造，降低了設(shè)備故障率，提高了設(shè)備生產(chǎn)能力，降低了設(shè)備功率100 kW，年節(jié)約電費(fèi)約20萬元，相當(dāng)于電氣改造成本。