變頻器在2654鏜床大修改造上的應用

摘 要：通過對2654鏜床的改造，解決了此設備變速復雜，經常出現卡齒的故障；并且介紹了KSA23直流調速系統、施耐德ATV-71HD15N4交流變頻系統及PLC的相關知識

關鍵詞：直流調速裝置；變頻器；變頻電機

引言

我公司中興分廠的2654鏜床是20世紀50年代原蘇聯產品。該設備原有的直流調速采用交磁放大機組供電進行直流調速。由于交磁放大機組已經淘汰，沒有備件，如果損壞很難修復，而且該調速系統調速原理復雜，不穩定，給維護帶來很大困難。特別是該設備的主軸變速由變速電機帶動機械變速機構進行變速，經常造成卡齒現象，故障率非常高。針對這些原因，經過研究決定對此設備進行機械、電氣大修改造。

1 改造方案

2654鏜床主軸旋轉原來是由普通的14KW交流機驅動，變速采用變速電機帶動機械變速機構進行40檔變速。該機床的主軸箱、鏜桿、工作臺、前支柱四個進給軸各由一臺功率為4.4KW、電樞電壓220V、激磁電壓為110V的直流電機驅動，徑向刀架各由一臺2.8KW、電樞電壓為220V、激磁電壓為110V的直流電機驅動，直流調速系統由原來的交磁放大機組供電進行直流調速。

這臺設備的主軸變速卡齒問題是這次改造的難題，經過機械和電氣在一起多次研究決定，取消變速電機及其所帶的變速機構，機械變速機構進行改造，由原來的40檔改為4檔，手動搬把進行變速，電氣加裝四個變速限位，由于檔位減少，為了彌補主軸轉速的不足，決定主軸電機采用型號為YTSP160L-4 15KW變頻調速電機，進行無極調速，主軸調速系統選用施耐德ATV-71HD15N4變頻器。

考慮到成本問題，決定五個進給軸共用一臺KSA23晶閘管直流調速裝置（即V3調速系統）驅動。用轉換開關選擇各進給軸，徹底淘汰交磁放大機組。控制回路采用OMRON可編程序控制器，PLC的CPU選用CQM1H-CPU21，PLC輸入用3塊型號為ID212的16點輸入卡，共用56個輸入點，輸出用3塊型號為OC222的16點輸出卡，共用36個輸出點。取消原繼電器控制，重新設計電氣原理圖。

2 電氣原理的設計

首先是主軸旋轉系統的原理的設計，主軸變頻系統設置送電接觸器，給定采用5W10KΩ的電位計，將0-10V電壓加到A/1+和A/1-之間，實現從0到額定轉速的無極調速。

其次是五個進給軸的直流調速系統的原理的設計，直流調速系統也設置送電接觸器，系統準備好信號輸入PLC輸入回路，使系統在準備好后再接入主電源，在故障狀態下，可快速切斷主回路電源。系統給定也是采用5W10KΩ的電位計將給定加到56和14號端子間實現直流調速。考慮到原進給軸快速是采用兩套激磁繞組切掉一套激磁繞組容易造成直流電機飛車的故障，在此次設計中取消快速切激磁，而是采用最大給定速度作為快速。

該設備的控制回路由原傳統的繼電器控制改為PLC可編程控制，它具有可靠性高，抗干擾能力強，擴充方便，組合靈活，修改方便，大大減少了配盤的工作量和調試時間。根據機床的動作要求和工作原理，設計PLC梯形圖。在PLC設計中主軸旋轉只有在機械變速到位以后，將變速限位壓合以后，才允許起動，另外，此設備的主軸箱、工作臺、回轉臺都具有夾緊放松功能，在設計PLC程序過程中，只有放松到位限位壓合后，才允許開車，夾緊采用過電流繼電器，夾緊后過電流繼電器動作，切斷夾緊電機。另外在程序中還采用了急停保護，各個軸的限位保護。

3 調試

PLC程序傳入將PLC的CPU中之前，先進行外圍端口的設定，將CPU單元DIP開關的5和7設為ON，端口設定正確后，與計算機聯線，將PLC程序傳入CPU中，然后將工作狀態切換到監視狀態，即可進行在線調試。梯形圖中各單元的通斷，都在計算機屏幕上直觀顯示，在需要時也可強制各單元的通斷，以使程序在調試中順利進行。程序調試可檢測程序的邏輯關系，機床配線是否正確，以及電氣動作是否符合設計要求，當發現程序錯誤時，可在線修改，也可離線進行修改，修改完成后再傳入PLC中。

主軸系統選用的是施耐德ATV-71HD15N4變頻器；在電機啟動之前必須進行參數的設置：變頻器第一次通電時，用戶會被自動導入菜單，必須對簡單啟動子菜單中的參數進行設置：包括2/3線控制設定為2線控制、標準電機頻率設定為50HZ、電機額定功率為15KW、電機額定電壓380V、電機額定電流29A、電機額定頻率50 HZ、電機額定速度1450轉/分、最大輸出頻率60 HZ、加速時間3S、減速時間3S等；參數設定完成后執行自整定功能。

2654鏜床的鏜桿、主軸箱、工作臺、前支柱、徑向刀架分別由4.4KW直流電動機拖動，徑向刀架由一臺2.8KW直流機拖動，現由原交磁放大機調速系統改為KSA23直流調速系統（即V3直流調速系統）。系統調整時，首先接通同步電源，如果V8燈，說明電源相序錯；如果V7燈亮，屬于正常狀態；這時測量端子26與28為220VAC， 端子26與30為220VAC， 端子28與30為220VAC，接通主接觸器，測量端子26與1U為0VAC， 28與1V為0VAC， 30與1W為0VAC保證1U、1V、1W與26、28、30同相位，保證右旋相序。斷開主接觸器，將調速系統打到電流環即A1板開關S1向左撥動（兩個開關一起撥動），接通主電源，緩慢增加給定電壓，直到電機開始轉動，測量給定信號電壓與測速機信號電壓的極性，如果極性相同，斷開主電源，將調速系統打到速度環即A1板開關S1向右撥動。緩慢增加給定電壓，觀察電機轉動情況，加給定電壓至50%，緩慢調節電位計R11直到電機轉速達到最高轉速的50% ，電機停止后，觀察有無零漂，階躍響應能否滿足要求，否則進行其他調節器參數，直到滿足工作要求。

4 效果

該設備經過機械和電氣大修改造后，解決了變速經常卡齒的故障，而且現在變速操作簡單方便，動作可靠，故障率極低，各項性能參數都己滿足工作需要，各項經給選用的KSA23直流調速系統及主軸選用的施耐德ATV-71HD15N4變頻器，具有優良的起動、調速、反轉、制動的性能，調速比大，運行穩定，特別是KSA23直流調速系統的調速范圍達到了1：10000，完全滿足了設備的各種加工需求。

5 結束語

通過對2654鏜床進行電氣技術改造后，使過去的舊設備煥然一新，其設備的技術性能大大提高，機床的控制精度及加工精度都有了很大的提高。2654鏜床應用了新的科學技術后，使設備更能高效、高精度、高可靠性地工作。

參考文獻

[1]施耐德.Altivar 71異步電機變頻器編程手冊[S].

[2]omron.OMRON可編程序控制器編程手冊[S].

[3]KSA23/63系列晶閘管直流調速裝置使用說明書[Z].齊齊哈爾大華電氣有限公司，2002.

作者簡介：黃連杰，工程師。endprint