变频器在T6160镗床电气改造中的解决方案

变频器在T6160镗床电气改造中的解决方案（精选2篇）

变频器在T6160镗床电气改造中的解决方案 第1篇

0 前言

我公司初购进一台原苏联生产的T6160镗床，在多次转运过程中致使电气元件及部件大量丢失或损坏，其中发电机组、交磁扩大机组、电气控制柜、按钮站、直流电动机等均丢失或损坏，根据上述设备现有状况，提出三种电气改造方案如下：

a.采用直流传动控制系统，用V5系统对设备进行改造，经预算改造费用为6.5～7万元;

b.采用PLC一变频器控制系统，用PLC做中央数据处理，用普通变频器做调速，经预算改造费用为44.5万元;

c.采用性能先进的变频器一继电器控制系统，用变频器做中央数据处理及调速，用继电器做控制执行元件，经预算改造费用为2.52.8万元，

T6160镗床对伺服系统的要求是：调速范围宽(100：1);速度控制精度高(在整个调速范围，起制动及运行过程要求运行稳定);定位准确(当快速进给后定位时间短、定位行程快，从而可提高加工效率)。

针对上述特点，比较三种方案，考虑到现有维修电工的实际能力，我们选择了方案三，用性能先进的西门子MicroMaster440变频器驱动一般异步电动机，对T6160镗床的原直流伺服系统实施改造，实现镗床的主轴箱上下移动、镗杆进出、工作台前后左右及上工作台旋转移动实现交流变频无级调速。

1 交流变频器无极调速系统的设计

1.1 西门子MicroMaster440变频器(7.5 kW)是多功能全数字式性能先进变频器，它主要负责整个系统的中央数据处理及调速，它和交流驱动电动机、调速电位器(航空精调电位器)、制动电阻等一起构成典型的开环无极调速控11制系统。

1.2 由于原T6160镗床由三台4.2 kW 直流电机驱动，分别驱动主轴箱上下移动、镗杆进出、工作台前后、左右及上工作台旋转移动。根据T6160镗床的工作特点，三台电机只允许一台工作，故本台 T6160镗床选用台变频器即可满足工作。为弥补低速运行时电动机发热和低速运行时电动机功率减小，通过计算将三台4.2 kW 直流电机更换为7.5 kW 交流异步电动机(Y160M1-4型，7.5 kW、380 V、1 450 r/min);更换理由是为满足T6160镗床的无级调速

1.3 由于选用一台变频器拖动三台7.5 kW 交流异步电动机，且三台电动机都要求调速，使控制回路线路更加复杂，为简化操作和降低操作难度，在控制回路设计中选用一个组合转换开关切换三台电动机，并用继电器作连锁保护，降低了操作难度，满足设备的工艺要求。

1.4 根据T6160镗床的工作要求，在设计电气线路时，变频器有两种工作状态，即低速运行和高速运行状态，低速运行和高速运行通过转换开关一继电器自由切换，从而满足了T6160镗床的自动走刀(低速运行)及快速移动(高速运行)，

通过变频器外制调速电位器(10圈航空精调电位器)即低速电位器前端串联调节固定电阻、高速电位器后端串联调节固定电阻，实现电动机低速无级调速(0～7.5 Hz;0～225 r/min)和电动机高速无级调速(25～50 Hz;750～1 500 r/min)，从而满足T6160镗床自动走刀(低速运行)及快速移动(高速运行)的工作要求。

1.5 变频器制动电阻的加入可以满足电动机快速停止和电动机制动，从而解决了电动机惯性运行，满足了设备的工艺要求。

1.6 转速表是由一块正负10 V的直流电压表改制的，通过变频器内部参数设定使外部D/A端子输出0～ 20mA电流，0～20mA电流的输出与变频器频率输出成正比，通过对直流电压表表盘改制，并在电压表两端并联一个适当电阻，使电压表转换为转速表，并将转速表安装在悬挂按钮站上端，使操作工及时观察到转速情况。

2 运行效果及试运行思路

运行时，在无PG矢量控制的条件下，其调速范围是100：1，即在50 Hz的条件下，其最低运行频率是0.5 Hz，加之对应电动机输出端有减速齿轮，最低速度是15 r/min，完全满足T6160镗床设备的工艺要求，实现了变频无级调速的效果。当在无PG矢量控制的条件下，最低运行频率0.5 Hz，对应电动机最低速度是15 r/min时，如果试车发现存在停车不稳定和低速运行速度不稳定等问题，可以在变频器上加入PG速度控制卡，在电动机后轴上加入脉冲编码器，由脉冲编码器输出信号反馈到变频器上的PG速度控制卡，使之构成典型的带PG反馈的闭环控制系统。使系统变为有PG矢量控制系统，在磁通矢量控制方式下，其调速范围可以达到1000：1，变频器的输出频率刚好为0.05Hz，此时对应于电动机最低速度，完全满足T6160镗床设备工艺要求。

经过改造，在不加PG矢量控制的条件下组成的交流变频器无极调速系统，结构简单，操作习惯与同类设备基本相同，经试车未发现停车不稳定和低速运行速度不稳定等现象，动作可靠。

3 结束语

3.1 采用变频调速系统方案，全部投资仅为2.8万元。节约直接投资费用1.74.2万元。

3.2 采用原直流传动系统，每小时实际功耗约16.2kW，而改造后交流变频调速系统仅每小时实际功耗约2.5 kW 到3.5 kW，按0.6：TrJkwh计算，每台班工作14 h(两班)，全年按300个台班计算，每天节约电费约f 16.2～3.5)X 140。6=106.68元，年节约电费约106.68 X 350=32 004元。

通过以上改造，经济实用的实现了老式原苏联产设备的国产化改造。经过2年的使用，大大降低了故障率和使用成本，效果良好。

变频器在T6160镗床电气改造中的解决方案 第2篇

1 PLC应用研究概况

随着生产力的不断发展, 镗床电气控制系统对技术的要求越来越高, 对原有设备进行全部的更换需要耗费大量的资金和人力, 为了在保证经济效益的前提下提高企业生产设备电气控制系统的运行水平, 采用PLC技术对其进行改造是比较理想的选择。

PLC的功能单元随着技术的创新也不断增多, 使得PLC技术在位置控制、温度设置和管理、CNC等控制中也发挥着一定的作用。同时PLC还具有较强的通信能力, 人机操作界面技术的更新使得控制系统的管理过程更为简单与快捷。

PLC技术不仅用于直线运动的控制中, 还可以运用到圆周运动的控制系统中, 在机械、机床、机器人等电气系统的改造应用中效果显著。世界市场中德国西门子公司生产的PLC所占的份额最高, 我国研制的中小型PLC也有着一定的应用规模, 并且随着现代化建设水平的提高, 国内PLC的发展前景更为广阔。

2 PLC的应用特征和主要功能

PLC控制系统的应用特征主要体现在以下几个方面:

第一点是具有较强的抗干扰能力, 应用的可靠性和稳定性俱佳。用户在选择电气控制装置时首先就是要看其是否具有抗干扰能力, 因此生产厂家都会对PLC的硬件部分与软件部分采取有效的抗干扰措施, 便于该产品可以直接应用在作业现场, 不受周围环境的影响, 从而提高运行的稳定性。抗干扰性主要体现无故障率上, 现阶段PLC的无故障时间可达10万小时以上, 确保了设备运行的连续性。还有一些PLC应用了冗余设计和差异设计方案, 在对抗干扰水平要求较高的特殊场合中具有良好的使用效果;

第二点是PLC结构设计比较灵活, 因而具有很强的环境适应性。PLC产品通常是一系列产品, 故类型齐全, 在硬件结果的设计上一般采用模块化设计方案, 用户可以依据自己的个性化要求对模块进行重新选择、组合与拓展, 为满足不同的系统类型提供了更多的便利条件。PLC硬件结构的繁简程度不同, 所以不仅可以在操作简单的环境中使用, 也可以在高难度操作过程中使用;

第三点是PLC的编程清晰明了, 使用起来非常便捷, 效率和速度都大为提高。该技术的编程语言可以采用和继电器电路编程相近的梯形图语言, 便于技术人员直接在现场进行改造与应用, 省去了很多中间环节, 提高了工作的效率;

第四点是控制系统在安全与调试方面也具有方便快捷的优点, 对PLC的设计和调试在试验室就可以完成, 利用建模分析法和模拟实践应用即可完成整个操作过程, 节省了人力和财力的投入;

第五点是维修的工作量较小, 维修的程序也比较简单, 从而节约了维修的成本。PLC本身带有比较完备的自诊功能, 可以对其工作的情况进行全程监控与管理, 发现异常情况可以及时显示出来, 便于技术人员在第一时间找到系统出现故障的原因, 然后采用适当的措施加以解决。

PLC控制系统的主要功能体现在以下几个方面:

一是对开关量能够实现逻辑控制, 这也是最基本的功能。PLC中通常设置了AND、OR、NOT等逻辑指令, 这就比传统的继电器控制系统具有更好的逻辑控制和顺序控制功能, 在单片机控制、多机群控制、自动化生产控制中的应用范围非常广泛, 且效果突出;

二是PLC具有过程控制的功能。随着科学技术的不断发展, 现在使用的PLC不仅有早期PLC具有的逻辑控制功能, 还有早期不具备的过程控制功能, 并且该功能的可靠性也日渐提高。在比较大型的PLC中都设置了模拟量控制单元来实现对系统内部专用模块的控制, 从而提高系统软件的利用效率。在过程控制中, 元件不会受到任何的影响, 因而使用的稳定性和可靠性都比较高;

三是PLC可以实现位置控制, 增强系统运行的灵活性。现阶段生产商采用的位置控制模块类型包括拖动步进电机或者伺服电机的单轴和多轴两类, 在使用的过程中, PLC将被描述目标的具体位置数据信息传递给模块, 模块依据指令移动一轴或者多轴到达指定的位置, 为了保证整个移动过程的平滑度和稳定度, 位置控制模块的速度与加速度不能随便更改, 要始终保持在适当的范围内;

四是PLC具有数据信息的处理功能。该功能主要包括数学运算、数据信息的传递、转化、排列, 同时还可以完成从数据信息的采集到分析处理的全过程, 并将数据处理的结果集中在存储器内, 为系统的控制和操作提供必要的依据;

五是具有通信和联网的功能。PLC的通信功能不仅包括PLC之间的通信链接, 还包括PLC和其他一些设备之间的通信链接, 这就扩大了其通信的空间。计算机控制水平在工厂控制系统中的应用越来越广泛, 自动化网络也得到了充分的普及, 因而PLC的网络通讯系统也在实践中发挥着重要的作用, 目前应用的PLC都具有网络通信接口, 使用起来方便快捷。

3 PLC在镗床电气控制系统改造中的应用分析

当前, 很多企业使用的继电器控制机床已经不能适应时代发展的要求了, 必须对其加以改造, 以满足实际的生产需求。上文已经分析了PLC的应用优势, 在实践中采用PLC技术对电气控制系统加以改造可以获得较好的效果, 现以T68镗床为例来说明PLC在电气控制系统改造中的应用特点。

T68镗床是一种具有高精密度的车间加工机床, 在生产实践中主要负责加工精确度高的零件孔, 在生产中具有很多的运动部件, 因此调速的范围就比较大, 需要掌握好每一控制环节。该镗床的主运动部分和进给运动部分都是通过一台主轴电动机实行拖动来完成的, 传动的任务分别由各自的传动链来承担, 为了提高工作的效率, 缩短系统运行的辅助过程, 就要保证镗头架上部和下部、工作台前后左右四个方向以及镗轴的进出运动过程不仅要有正常的工作进给, 还要有快速移动的空间和可能, 因此就要采用快速移动电动机来拖动, 从而实现更好的效果。

该类型的镗床电气控制系统主要包括主轴的电动机、快速移动电动机、电气交流接触设备、热继电器、系统空气开关、速度控制继电器、熔断器以及系统限流电阻。在采用PLC技术对其电气控制系统进行改造的时候, 主要的原则有以下几点:

一是电气控制系统的主流旋转和进给量的调速范围都比较大, 要掌握好改造以后的调控范围。系统的主运动和进给运动采用一台主轴电动机实现拖动的过程, 同时使用双速鼠笼形式的异步电动机作为传动机, 可以有效简化传动结构;

二是主电动机要保持正反转方向, 这是因为系统中的每一种进给运动都有着正向运转和反向运转两种方式, 所以要满足不同的需要。同时为了提高系统运作调整的灵活程度, 要求主电动机可以进行正反转点动控制。另外为了确保主轴可以迅速准确地进行停车, 主电动机上还要安装高效的停车制动装置;

三是要确保系统主轴的变速运动要与进给个变速运转能够在主电动机停车的时候同时进行, 这样可以减小对能量的消耗。同时为了提高变速时候各个齿轮之间的啮合程度, 应当设置变速低速冲动的过程控制系统;

四是为了减小辅助过程作用的时间, 使得每一个进给方向的运动都能够在最短的时间内移动, 要采用快速移动电动机进行拖动, 并运用正反转的点控制方式实现对电动机的控制, 提高工作的速度。同时由于系统运行中的运动部件非常多, 为了确保系统的安全运行, 可以设置相关的保护环节和联锁装置, 来提高系统运行的可靠性。

针对镗床电气控制系统的改造需要, 控制电路的设计如图1所示, 该系统的电气控制原理图如图2所示:

M1的点动控制是通过SB3和SB4来完成控制的, 二者为M1正反点的制动开关, 只要按下其中之一, X003或者X004就被接通, Y000和Y005线圈通电后, KM1和KM6便同时开始工作, 电动机M1的三相绕组形成一个三角形, 同时串入R电阻进行速度较低的点动运转。

M1的正反转控制全部由PLC来实现, 这时plc内部的继电器M101与M102成为控制过程中的辅助继电器进行运转, 为最大限度提高正反转的高效切换, 还要使用到定时器T1和T2, 以便达到延时0.5秒的转换间隔。

M1的反转制动控制系统主要通过速度继电器来实现, 在KS中有两对保持独立的常开触点, 即KS1和KS2, M1进行正转的时候KS1处于闭合的状态, M1进行反转的时候KS2处于闭合的状态。在设计中KS1串联在反转电路中运行, KS2则是串联在正转的电路中运行的, 所以当M1正转的时候, 运用自锁功能可以促使反转电路中的电路中断, 那么当按下SB6的时候, 正转电路中的电路则会中断, 这时就实现了反转控制。

系统中的高低速转化的控制主要是通过SQ开关来实现的, 它是高速运行与低速运行的开关, 若将操作手柄向高速运行的位置推动时, SQ就被压下来, X005的电路接通, 利用定时器T3进行转动延时后, 常闭触点促使低速接触器KM6处于断电的状态下, 同时常开触点促使KM7和KM8电路通电, M1的运行速度就转变为高速运行阶段。

主轴和进给变速的控制过程主要是在停车时完成的, 在运行的时候也可以进行变速处理。变速的时候是将变速的手柄拉出来, 然后将变速盘转到所需的位置, 调整好变速的数值, 接着将变速手柄推回到原位。需要注意的是拉出变速手柄的时候, 对应的变速行程不会受到任何的影响, 当把手柄推回的时候, 对应的变速行程开关就开始启动。

快速移动控制主要是利用快速手柄操作的, 并连同SQ7和SQ8来一起运作, 运用控制接触器KM4或者是KM5来实现。首先把快速手柄扳到中间的位置处, 不要将SQ7和SQ8下压, 保持X014和X015处于断开的状态下, 这时Y003和Y004线圈中没有电流, M2电机处于停转状态。将快速手柄扳到正向位置, 则SQ7处于下压状态, X014同时闭合, Y003线圈保持通电, M2电机则处于正转的情况下, 同时对应的系统部件也迅速朝着正转方向移动。要是电动机处于反向转动, 则将手柄快速扳到反向位置, 则SQ8处于下压状态, X015同时闭合, Y004线圈保持通电, M2电机则处于反转的情况下, 同时对应的系统部件也迅速朝着反转方向移动。

在镗床电气控制系统改造中采用PLC可以最大限度地提高系统的运行的效率, 应用的性价比较高, 并且可以缩小系统运行维护的成本。PLC成熟的硬件系统设计可以为电气控制系统的高效运行奠定良好的技术基础。同时PLC软件系统的开发和应用程序也比较简单, 为技术人员的实际操作提供了诸多的便利。PLC技术的应用使得原有的电气控制系统的功能得到了提升, 并且可以最大限度地提高设备运行的速度, 并且可以长时间地连续运作, 充分保证了生产的质量。PLC可以实现对故障的自动化监测与警报, 提高了设备运行管理水平, 加强了风险控制, 为保证镗床电气控制系统的良好运转奠定了坚实的基础。

4 结论

综上所述, 鉴于PLC独特的使用优势, 将其作为镗床电气控制系统改造的关键技术, 不仅可以有效提高设备运行的效率, 保证生产的质量, 同时可以减小系统更新换代的成本, 降低了维护与保养的支出, 为企业生产创造了更多的经济效益。同时也应该认识到PLC技术还需进一步发展与完善, 以便在更大的生产领域内发挥其应有价值。

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