X2010C-2L型龍門銑床電氣系統改造

金 晶，趙家平

（寧夏天地奔牛實業集團有限公司，寧夏石嘴山 753001）

0 前言

X2010C-2L型龍門銑床是北京第一機床廠1982年生產產品，銑床進給運動則有工作臺沿床身導軌前后移動，垂直主軸箱沿橫梁導軌左右移動，水平主軸箱沿立柱導軌上下移動，在同一時間內機床只允許單一方向的進給運動，不允許兩個部件或多個部件的進給運動。工作臺或主軸箱的進給速度均由同一VCM直流調速系統供電調速。工作臺進給電動機容量為5.5 kW，主軸箱移動進給電動機容量為2.2 kW，所有進給動作（包括橫梁升降）必須等液壓系統工作正常、壓力繼電器動作后方可進行；進給與橫梁的升、降互鎖；主軸與進給互鎖；每個進給方向都設有超程保護開關；設有點動/連續工作方式；；工作臺和2個主軸箱具有正、反向進給和正、反向快速功能。由于該系列的設備使用年代久遠，電氣控制系統線路老化,調速不穩定,加工質量不高,繼電器故障頻繁,維修困難,維修成本高，加上現在很難買到原有的VC-M直流調速系統配件，為此，采用歐陸590C直流調速器和歐姆龍CPM2AE型PLC對該機床進行電氣改造。

1 歐陸590C直流調速器

歐陸590C直流調速器主要由集成電路控制板、可控硅模塊、液晶顯示器、參數調整按鈕、功能設置開關等組成。輸入電壓為三項AC 380 V,電樞端輸出直流電壓值有DIP開關設定，設定范圍為DC 150～500 V。590C直流調速器有內部勵磁和外部勵磁兩種勵磁選擇方式。590C直流調速器可用傳統模擬給定反饋工作，也可用上位機、或數字輸入給定及增量式光編碼器反饋工作。歐陸590C內部設有過流、失磁、速度反饋丟失、電機超溫、可控硅模塊超溫、可控硅觸發失敗等保護功能，同時590C直流調速器內部還設有故障自診斷功能，并將故障信息顯示出來，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/輸出的點數有10點20、40和60點，同時還可以擴展數字量單元模塊和模擬量單元模塊。該機體積小、重量輕、性能高、軟件功能強大、端子臺可以脫卸維護性提高，主機進線電源為AC 100～240 V，輸入點為DC 24 V，輸出形式有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出，輸出驅動電壓可依據PLC的輸出形式選用AC或DC電源。

3 改造方案

X2010C龍門銑床元件老化、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，因此決定將X2010C龍門銑床的電氣控制部分進行全面改造。具體方案如下。

（1）保留原有2臺主軸電機和3臺進給直流電機、原有液壓系統。

（2）保留原有直流勵磁系統，采用外部勵磁分別供給直流電機和測速電機

（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作為機床的主控制單元，提高動作準確率，簡化電路。

（5）拆除原有VC-M直流調速系統，改為2臺590C直流調速器分別控制工作臺和主軸箱運動。

（6）完善設備改造后全部電氣資料，方便后期維護。

4 改造措施

（1）重新設計機床電氣控制策略，繪制控制原理圖、接線圖。

（2）拆除舊電氣控制柜，依據新的電路圖重新配置電控柜及各類引線。

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

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

（5）工作臺進給直流電機功率5.5 kW，選用歐陸590C 70 A直流調速器;主軸箱進給直流電機功率2.2 kW，選用歐陸590C 35 A直流調速器。

5 改造原理

主要講述直流電機的運行調速原理（圖1），以工作臺直流調速器工作原理為列，直流調速器輸入三相380 V電源，由主線路經過速溶保險、電抗器、交流接觸器KM22主觸點供給，接線端子D7，D8輸入220 V電壓。直流調速器通電無故障，KA31繼電器得電吸合，為調速器的使能提供條件。在液壓系統正常工作，壓力繼電器動作后，KA2繼電器得電吸合，常開點閉合，端子C5得電提供使能。當按工作臺常速正、反轉和快速正、反轉按鈕，KA16得電吸合，KA17，KA18，KA19，KA20其中的一個繼電器得電其常開點吸合，調速器開始運行。直流調速器接線端子A1相當于0點位，調速器通電后，B3有+10 V電壓，B4有-10 V電壓，通過可調電位器調節A4和A1之間的電壓，改變直流調速器電樞輸出端子A-和A+之間的電壓，電樞電壓改變后，電機轉速改變。A4是正電壓時，電機正轉，A4是負電壓時，電機反轉。各直流電機的勵磁采用外部勵磁，由整流橋輸出110 V電壓供給，各直流電機的電樞電壓由直流調速器輸出供給，電壓是0～175 V。綜上所述，通過改變電樞電壓的大小來改變直流電機的轉速，通過改變電樞電壓的正、反向來改變直流電機的轉向。測速發電機反饋回來的電壓，接入端子G3，G4，直流調速器根據反饋回來的電壓，計算并穩定電機轉速。測速發電機的發電量是0～106 V。

圖1 直流調速器接線原理

6 調試

（1）試PLC輸入點和輸出點的狀態是否正確。前提是直流調速器不通電，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動負載，可以先驅動一個中間繼電器，再用中間繼電器驅動負載。

（2）在PLC輸出點動作正確后，接通交流電機的主接觸器，試垂直主軸電機和水平主軸電機正、反轉是否正常，橫梁升降電機和橫梁液壓電機運行是否正常。

（3）直流調速器調試。把直流電機與負載脫開測試。檢查調速器接線正確；電機銘牌參數設置，通過調速器上的撥檔開關調節。包括電樞額定電流設置，勵磁額定電流設置，電樞電壓設置，反饋電壓設置；參數設置：①因為是外部勵磁，所以勵磁啟動FIELD ENABLE設置為關閉勵磁輸出，即DISABLED。②因為是直流測速發電機反饋，所以速度反饋方式選擇為模擬測速反饋方式，即ANALOG TACH。③斜坡加速時間設置為3 s，斜坡減速時間設置為2 s。④因為工作臺進給運動和銑頭進給運動都是正、反向可逆運動，所以再生方式REGEN MODE設置為啟動，即ENABLED。⑤進給運動要求按停機按鈕立即停車，不得溜車，所以停機時間STOP TIME設置為0.1 s。參數設置完成要進行參數存儲，避免因電源中斷，造成參數流失；通電試運行，做到調速器無報警，運行平穩。

7 改造效果

改造后設備運行平穩，各項性能得到明顯改善，調速性能高。這種數字直流調速裝置是一種高精度傳動裝置，以其自身的優點使整個主傳動控制系統的精度、調速范圍、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量。使用先進的可編程控制器取代繁雜的交直流繼電器控制系統，使元件減少，連線減少，大大提高了系統的可靠性，同時維護也十分方便。

［1］陳遠齡.機床電氣自動控制［M］.重慶:重慶大學出版社.2001.

［2］高安邦.機床電氣與PLC控制技術項目教程［M］.北京:機械工業出版社.2011.