B2020龍門刨床的數(shù)字化改造

      隨著社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展，七八十年代的龍門刨床的電器控制線路已經(jīng)十分落后，而且故障頻繁，維修非常困難，改造投資大，費(fèi)時費(fèi)力，效率低，能耗大，同時噪音也很大，污染嚴(yán)重。經(jīng)過筆者多年的時間經(jīng)驗(yàn)，我們對老式龍門刨床的電氣空子線路進(jìn)行了徹底的技術(shù)改造，以將發(fā)電機(jī)組及擴(kuò)大機(jī)控制的龍門刨床改造成全數(shù)字智能化控制的電氣系統(tǒng)。經(jīng)批量改造后，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，先面對龍門刨床改造前后的情況進(jìn)行簡略的介紹。 
        筆者所在單位有十臺龍門刨床，它們都是七十年代的設(shè)備，電氣控制系統(tǒng)主要采用直流發(fā)電機(jī)組和交磁擴(kuò)大機(jī)組成，電氣控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，使用電氣元件也比較多，加之使用時間長，電氣元件老化，故障頻繁，為此，筆者從2000年起，先后對B2152、B2012、B2012A、B2016A、BJ2020、B20125Q、B2020等10臺龍門刨床進(jìn)行了數(shù)字化改造，從幾年運(yùn)行情況看，使用效果良好。 
        一．舊龍門刨床B2020的特點(diǎn) 
        舊刨床的工作臺驅(qū)動由交流機(jī)組、直流發(fā)電機(jī)組、直流電動機(jī)組及交磁擴(kuò)大機(jī)組成。 
        1). 交流電動機(jī)的基參數(shù)如下: 
        型號: JB2-4      功率:60kW      電壓:380V     電流:308A     轉(zhuǎn)速:1460轉(zhuǎn)/分 
        2). 直流電動發(fā)電機(jī)的主要參數(shù)如下: 
        功率: 70kW    電壓:230v  轉(zhuǎn)速:1450轉(zhuǎn)/分 
        3). 直流電動機(jī) 
        型號: Z2-93D2  功率:60kW  電壓:220v  電流:308A  轉(zhuǎn)速:1460轉(zhuǎn)/分 
        4). 交磁擴(kuò)大機(jī) 
        型號: ZKK-4 
        功率: 4kW 
        2. 工作臺換向及一、二級減速、限位由1XKM、2XKM、3XKM、4XKM、XKQ、XKH、1XK、2Xk等開關(guān)實(shí)現(xiàn)，因此控制復(fù)雜，故障點(diǎn)多，難于維修。 
        3．調(diào)速系統(tǒng)電阻、各種繼電器繁多，所以故障多，低速時速度不穩(wěn)，換向不穩(wěn)定，常出現(xiàn)爬行越位等故障。由于各正反饋和負(fù)反饋電路叫多，所以故障難于判斷。 
        4．改造時舊龍門刨床存在的問題及缺點(diǎn)： 
        1). 設(shè)備使用年代以久，電器控制元件嚴(yán)重老化，設(shè)備故障率高，維修費(fèi)用大，已不能滿足目前生產(chǎn)加工的 需要。 
        2). 由于采用的是交直流機(jī)組，故其效率只有0.5~0.68,且能耗高！ 
        3).主傳動及控制部分電氣操作條件教多，不但增加了維護(hù)工作量，也使整個系統(tǒng)可靠性大大降低。 
        4).工作臺調(diào)速范圍小，精度（D≤30）,加工工件的表面質(zhì)量差。 
        5).占地面積大，噪音高。 
        二．改造后龍門刨床B2020的特點(diǎn) 
        1．工作臺驅(qū)動系統(tǒng) 
        1). 由于用英國CT公司的M2190R直流驅(qū)動器代替了復(fù)雜的交磁放大控制電路,故使控制簡單化,數(shù)字化,智能化. 
        2). 用50kW直流電機(jī)Z4-200-31取代了交流機(jī)組和直流發(fā)電機(jī)組(包括編碼器LMA-10BM-C24C、測速機(jī)ZYS-100A)，因此，調(diào)速方便且數(shù)字化。 
        3).工作臺換向由旋轉(zhuǎn)編碼器PLC完成，不需要一、二級減速、及換向開關(guān)。 
        4).其它動作均由PLC實(shí)現(xiàn)，元件少，簡單直觀故障少。 
        5).去掉了發(fā)電機(jī)組，節(jié)電又省功。 
        6).工作臺行程設(shè)定可隨意進(jìn)行，且具有記憶功能。 
        7).可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制，并能實(shí)現(xiàn)低速切入。 
        三．改造后數(shù)字化龍門創(chuàng)新的優(yōu)越特點(diǎn) 
        1 .龍門刨工作臺直流調(diào)速系統(tǒng)的改造 
        改造后的龍門刨工作臺直流調(diào)速系統(tǒng)采用的是英國CT 公司生產(chǎn)的Mentor II直流驅(qū)動裝置。Mentor II是具有當(dāng)代水平的全微機(jī)化工業(yè)直流電機(jī)調(diào)速驅(qū)動器，輸出電流范圍在25A~1850A，全系列產(chǎn)品還具有控制、監(jiān)控、保護(hù)和串行通訊的功能。 
        Mentor II分單象限和四象限兩種配置，單象限驅(qū)動器僅能實(shí)現(xiàn)正向運(yùn)行，四象限驅(qū)動器則是完全可逆的，這兩種配置的驅(qū)動器均能實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的全面控制，四象限驅(qū)動器也可以對正反向逆行全面控制。 
        Mentor II還有一系列可供擁護(hù)隨意設(shè)定的參數(shù)，此參數(shù)數(shù)據(jù)有些來自外部，如速度給定、轉(zhuǎn)矩給定、速度反饋以及電機(jī)的各種特性參數(shù)等，同時配備I/O接口，可以方便的與外部設(shè)備結(jié)合，以滿足各種調(diào)速的需要，筆者用Mentor II中的M210和一臺50kW的直流電機(jī)，來完全取代直流發(fā)電機(jī)組和交磁擴(kuò)大機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了工作臺的無級調(diào)速、自動加減速、以及自動換向等動作。 
        ２．用PLC實(shí)現(xiàn)龍門刨床的其他動作的電器自動控制。本改造采用FX2N-80MR PLC完成龍門刨床自動進(jìn)給刀、抬刀、橫梁升降、橫梁夾緊放松、刀架快速移動以及工作臺的加速、換向等各種動作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 
        ３．采用圓光柵編碼器完成工作臺的行程設(shè)定。在支流電機(jī)的軸上安裝有圓光柵編碼器，通過編碼器A相、B相脈沖計(jì)數(shù)與PLC內(nèi)的計(jì)數(shù)器和M210R的I/O接口完成工作臺的前進(jìn)、后退、加減速、換向，以實(shí)現(xiàn)工作臺自動往復(fù)的行程設(shè)定，從而取消了工作臺過去的加減速開關(guān)、換向開關(guān)，同時也減少了故障。 
        ４．改造后的全數(shù)字龍門刨控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： 
        １).該數(shù)字直流傳動裝置能耗低，效率高，其效率可達(dá)到0.99以上，而直流發(fā)電機(jī)組只有0.7左右。 
        ２).調(diào)速性能高。這種全數(shù)字直流調(diào)速裝置是一種高精度傳動張制，以其自身的優(yōu)點(diǎn)使整個主傳動控制系統(tǒng)的精度、調(diào)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(zhì)量。 
        3).結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。與交磁擴(kuò)大機(jī)組相比，全數(shù)字可逆直流調(diào)速裝置可減少60Kw直流發(fā)電機(jī)一臺，70kW交流電動機(jī)一臺，交磁放大機(jī)一套，同時大大減少了占地面積，并使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積縮小；而且能量一次性轉(zhuǎn)換，使能耗降低，效率大大提高。
用先進(jìn)的可編程控制器取代繁雜的交直流繼電器控制系統(tǒng)，使元件減少，連線減少，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，同時維護(hù)也十分方便。 
        4).裝機(jī)水平高，具有完善的保護(hù)功能。系統(tǒng)具有良好的保護(hù)和監(jiān)控功能，PLC有自身的輸入/輸出監(jiān)控指示燈，而全數(shù)字直流調(diào)速裝置則更有良好的保護(hù)監(jiān)控功能，且具有故障存儲記憶，自適應(yīng)參數(shù)優(yōu)化等多種功能。 
        5).免維護(hù)，改造后，系統(tǒng)中的全數(shù)字直流調(diào)速裝置和可編程控制器不需要維護(hù)，提高了系統(tǒng)的作業(yè)效率，減少運(yùn)行成本。 
        6).改造后，由于曲調(diào)了交流機(jī)組，因而可無噪音運(yùn)行。   
        四、使用效率 
        經(jīng)過幾年的使用，由M210R和FX2N-80MRPLC相互配合進(jìn)行改造后的龍們刨床控制系統(tǒng)最低速為5rpm，最高為1500rpm，從起步到全速只需8秒時間，從全速到換向?qū)嵭袃纱螠p速，可在12秒時間內(nèi)完成，且換向平穩(wěn)無沖擊，不會發(fā)生振蕩、爬行、起位等現(xiàn)象，同時可恒轉(zhuǎn)矩切削，因而大大提高加工精及效率。通過懸掛按鈕完全能完成系統(tǒng)的啟動、停止、自動手動。工件加工長度范圍由懸掛按鈕站完成行程設(shè)置，并通過PLC的記憶功能來保存，電氣柜上有各種報警指示，幾乎可以實(shí)現(xiàn)無故障、免維護(hù)運(yùn)行。 
        五、結(jié)束語 
        使用M210R和FX2N-80MR PLC后，節(jié)能效果十分明顯，改造周期短。因此，將先進(jìn)的調(diào)速裝置直接應(yīng)用到龍門刨床的調(diào)速系統(tǒng)中，無疑是一種大的技術(shù)革新，可以帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。