直流電動機主從控制在重型臥式車床的應用

關百軍 張秀印

(沈陽機床(集團)有限責任公司，遼寧 沈陽 110142)

在數控機床中，主軸傳動系統是機床最核心的關鍵部件之一，其輸出性能對數控機床的整體水平是至關重要的。機床要求主軸在很寬的范圍內速度連續可調，并在各種速度下提供足夠的切削功率。

在重型數控機床的生產制造中，當驅動一個大工作機構時，在僅僅依靠一臺電動機不能產生足夠的扭矩，這時就需要利用多電動機拖動系統來實現工作機構的運動。在機械結構上，各電動機可以同軸聯接或通過傳動機構聯接起來，共同帶動工作機構。在電氣控制中，應用主從控制功能，也可以稱作速度/扭矩耦合功能。對電動機進行優化調整，保證在主從控制中，電動機輸出的速度一致，扭矩一致，實現各電動機間的速度和扭矩最優化運行。

1 機床主軸傳動結構

HTC250800super 重型臥式數控車床在開發研制中，最關鍵的部件是機床主軸傳動系統，采用雙電動機傳動結構。在電動機選型時，根據直流電動機的機械特性，非常適合大型機床的機械傳動，因此決定采用兩臺他勵直流電動機驅動主軸傳動機構見圖1。

2 主從控制中電動機機械特性的合成

兩臺他勵直流電動機各自的機械特性相同(特性1)，軸上輸出的合成特性(特性2)，其轉矩相當于同一轉速下特性1 轉矩的2倍。這樣，總的負載轉矩MZ由兩臺電動機平均分擔，每臺電動機承擔0.5MZ。由圖可見，合成特性比每臺電動機的機械特性要硬一些，見圖2。

3 電氣控制方案的確定

(1)機床控制系統采用西門子840D。

(2)主軸傳動的雙電動機采用兩臺80 kW 直流電動機，驅動系統采用西門子6RA70 系列調速裝置。

(3)速度給定值通過西門子的ANA 模塊輸出到主動驅動系統。

(4)主動驅動系統通過peer -to -peer link，信號以完全數字的形式傳送到從動驅動系統，實現兩臺電動機的主從控制。

表1

(5)直流主電動機的速度反饋采用脈沖編碼器，保證反饋信號的精確度。

4 主從控制電氣系統框圖

主從控制電氣系統框圖如圖3 所示。

5 電氣控制調試中需要解決的關鍵問題

(1)實現兩臺直流主電動機最優化運行，保證在主從控制中，兩臺主電動機輸出的速度一致，扭矩一致。在一般情況下，即使型號相同的兩臺電動機，機械特性也不一定完全相同。因此要通過驅動參數的正確設定調整，使負載在兩臺電動機間平均分配，保證每臺電動機能得到充分利用。

在創意農業上，不僅需要在技術上進行創新，還需要在人才的培養上加大力度。要強化管理隊伍，就需要在各所高校中開設關于此類工作的課程，不斷提升教育的質量。還要積極開展專業人才下鄉培訓工作，將農業研究成果帶到農業生產的第一線，真正做到以實用促進農業科研，讓科研促進農業發展。另外，在人才培養方向上，要重視創意農業旅游的教學培訓，設置的課程要針對海南的地理風俗與地域風情，將農業與當地的文化相結合，并著重培訓人才的創新意識，使其能夠自主地將品牌農產品、休閑農業區與當地的文化有機結合，從而促進旅游業發展。

(2)在主從控制中，應考慮主傳動雙電動機驅動時單臺電機產生的“失 速”保護問題。在主從控制中，從動驅動裝置的控制指令是由主動驅動裝置發出的。但是，如果在加工中，從動電動機的聯軸節與主軸傳動裝置突然脫開，由于從動電動機的扭矩突然減小，會使轉速急劇上升，處于失速狀態，直至電動機損壞。

6 主從電動機執行優化步驟

在主從方式中，主動軸工作在速度環狀態，產生扭矩設定值，通過peer -to -peer 傳遞到從動軸。這時，從動裝置的端子34、37、38 要短接在一起，使得主從電動機的起停操作同時進行。此時，從動裝置的斜坡函數發生器和速度調節器不處于激活狀態。

(1)主動裝置的優化運行

①在從動裝置上設定P171=0，P172=0

②執行P051=25 優化

③執行P051=26 優化，必要時，進行手動優化，使輸出轉速平穩

④執行P051=27 優化

⑤在從動裝置上恢復P171、P172 的值

(2)從動裝置的優化運行

①在主動裝置上設定P171=0，P172=0

②執行P051=25 優化

③執行P051=27 優化

④在主動裝置上恢復P171、P172 的值

(3)把電動機與減速機連接以后，設置P051=26優化運行，調整轉速達到平穩。

(4)失速保護的實現:在主從控制過程中，主動裝置設置為速度控制方式，從動裝置設置為轉矩控制方式。將把主動裝置的速度和轉矩通過peer -to-peer 傳送到從動裝置，作為轉矩限幅，使得從動裝置和主動裝置的輸出轉矩相等。如果突然電動機連接軸脫開，從動電動機的速度由參數P401 和P402的設定值限制，只能增加5%，此時由于從動裝置的速度環退出飽和狀態而按照大于主動裝置速度給定的5%運行，不致于超速飛車，實現了電動機失速保護的目的。

(5)參數設置:見表1。

7 結語

本文結合HTC250800super 重型臥式數控車床中電氣控制實例，詳細分析了雙直流電動機主從控制原理在實際生產中的應用，并充分考慮到電動機的失速保護，合理地、最大化地發揮出數控系統的功能。不但提高了數控機床的機械特性，而且保證了數控機床加工能力的高精度和高效率。

［1］易繼鍇，江祥賢，侯嬡彬，等.電氣傳動自動控制原理與 設計［M］.北京:北京工業大學出版社，1996.

［2］顧繩谷.電機及拖動基礎［M］.北京:機械工業出版社，1980.

［3］西門子6RA70 全數字直流調速裝置6 kW～2500 kW 使用說明書［Z］.

［4］SIMOREG DC Master Application Master/Slave Switchover［Z］.