全数字直流调速器在龙门刨床改造中的应用

沈玉梅

（大连职业技术学院，辽宁大连 116037）

全数字直流调速器在龙门刨床改造中的应用

沈玉梅

（大连职业技术学院，辽宁大连 116037）

龙门刨床电气控制系统比较复杂，经长时间的使用后，经常发生故障。为了充分挖掘设备的潜力，采用全数字直流调速器和PLC对龙门刨床电气控制系统进行全面的技术改造，对系统总体方案和主拖动电气控制系统进行了设计。改造后的系统硬件结构简单，操作方便，直观性好，控制安全可靠，运行平稳，调速精度高，而且投入的资金较少，节能效果明显。

直流调速器 龙门刨床 技术改造

龙门刨床作为机械工业中的主要工作机床之一，在工业生产中占有重要的地位。龙门刨床的电气控制系统较为复杂，目前我国有相当一部分企业使用的A系列龙门刨床，其电气主拖动大多采用的是20世纪60年代流行的电机扩大机－发电机－电动机（K－G－D）控制系统，电气控制部分采用有触点的继电器逻辑控制线路。这种系统的缺点是设备多、体积大、效率低、运行噪声大、电能浪费严重，且经过多年的使用后，器件老化严重，故障频繁发生，维修量大，设备停台率高，严重影响生产。

随着各种高性能电力电子器件的出现，电子技术和自动控制技术的迅速发展，在电气传动领域中，以微处理器为控制核心的全数字控制系统取代以前的模拟控制系统成为可能，调速控制的功能几乎均可通过微处理器借助软件来实现。因此采用先进、科学、可靠的微电子数字控制技术进行技术改造是很有必要的。

1 龙门刨床改造方案选择

龙门刨床的技术改造要根据设备的情况和市场现阶段所能提供的设备和电气元件情况，以投资最少、效益最高为目的。根据主拖动直流电动机的设备状况，目前主要有两套方案可供选择：一是工作台主拖动直流电动机的各项技术指标均优良，且还有相当长的使用年限，在这种情况下，建议保留直流电动机，采用全数字直流调速装置替代交磁扩大机－直流发电机组进行改造。因为保留直流电动机后，其改造费用要比采用交流异步电动机和变频器进行改造节省15%～20%;二是主拖动直流电动机的使用寿命已不会太长，或没有太大使用价值，在这种情况下，建议用交流异步电动机替代主拖动直流电动机，用变频器替代交磁扩大机－直流发电机组进行改造。其优点是控制电路大大简化，给电气维修带来很大方便，故障停台率减少。

本文以A系列龙门刨床为例，介绍用全数字直流调速器对其进行技术改造的方案设计。

2 系统方案设计

2.1 总体设计

龙门刨床主拖动系统的刨削过程是工件与刨刀的相对运动，因此龙门刨床的主运动是一个频繁的往复直线运动，它不仅要求启动快，制动快，还要求工作速度稳定，速度调节范围宽。原龙门刨床的工作台驱动是由交流电动机－直流发电机组、直流电动机组及交磁扩大机构成，直流电动机的调速是通过交磁扩大机调节直流发电机的励磁电流，改变交流电动机－直流发电机组的输出电压，来实现直流电动机的调压调速。

欧陆590全数字直流调速器为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，用于对直流电动机电枢绕组和励磁绕组供电，是新型直流调速器中应用非常广泛的产品。装置本身带有参数设定单元，不需其他附加设备便可完成参数的设定，所有的控制、调节、监控及附加功能都由16位微处理器通过软件来实现，集控制功能和功率驱动于一体，具有优越的动态控制性能。

龙门刨床主拖动选用欧陆590系列4象限全数字直流调速器替代电机扩大机－发电机机组构成闭环控制系统，以保证工作台主拖动具有比较宽的调速范围和较硬的机械特性。控制部分选用日本三菱公司生产的FX2N －80MR PLC控制，通过PLC软件实现刨床工作台的正向、反向、低速进刀、低速退刀和左右刀架的进刀、退刀以及横梁的升降等逻辑控制。改造后的系统主要电气设备构成框图如图1所示。

2.2 主拖动电气控制系统设计

欧陆590全数字直流调速器采用先进的比例－积分（PI）调节，具有完全匹配的电流环，以达到最佳动态运行性能。电流反馈传感器是内置式的，电流环具有自整定功能和积分分离功能。可采用编码器或模拟测速机反馈形成闭环控制，采用电枢电压反馈具有IR补偿。所有参数都用软件通过串行口或面板上控制按钮和液晶显示器完成。

为了保证龙门刨床主拖动系统具有良好的动态调速性能，此次主拖动电气控制系统改造采用光电编码器构成转速负反馈闭环控制。系统主拖动电气控制原理图如图2所示。

端子 L1、L2、L3为三相电源进线端，A+，A － 为直流电动机电枢电路供电;D3、D4为直流电动机励磁电路供电;A1为0 V电压基准端，B3为+10 V基准电压端，B4为－10 V基准电压端;A4为斜坡速度输入端;A6为主电流箝位或辅助（正）电流箝位;D5、D6为主电源合闸输出端，提供AC220V 3 A输出给继电器KA1的线圈;D7，D8为辅助电流输入，作为控制器控制电源输入端;C1为0 V基准;C2为电动机过热保护，本方案没有使用，所以将C1、C2短接;C9为+24 V电源;C3为启动/运行，C3高态时启动控制器主电源合闸，低态时停止控制器主电源分闸;C5允许工作，C5为高态时，控制器启动有效，C5为低态时，控制启动无效，封锁所有脉冲输出，主电源不分闸;B8为程序停车，当程序停车输入保持在+24 V时，调速器将按照输入信号的要求运行，当程序停车输入为开路或0 V时，控制器将按照程序性停止参数的定义，产生受控停止或程序性停止;B9为惯性停止，当惯性停止输入为+24 V时，控制器正常运行，当惯性停止为0 V或开路时，主接触器打开，同时调速器不再运行，电动机滑行停止。

3 电路控制工作原理

（1）运行前的准备 在主空气断路器QF合上的情况下，按下总起动按钮，PLC按预先编制好的程序使继电器KA3得电，欧陆590直流调速器端子B8、B9、C5获电，同时，D5、D6输出交流电压，使 KA1线圈获电，其动合触点闭合，接通主接触器KM线圈电路，KM动合触点闭合，直流调速器主电路接通，为运行做准备。

（2）工作台点动运行 按下前进点动按钮，PLC按预先编制好的程序使继电器KA2动合触点闭合，欧陆590直流调速器运行，PLC按预先编制好的程序使斜坡输入端子A4（给定端）有正电压输入，欧陆590调速器A+、A－便有电枢电压输出，D3、D4有励磁电压输出，直流电动机M运转。当松开前进点动按钮，KA2动合触点断开，A4端子无输入电压，电动机M停转。

后退点动与前进点动原理相同，只不过是PLC按预先编制好的程序把负电压加到斜坡输入给定端子A4上，使A+、A－输出电压极性改变，于是，直流电动机M便反转。

（3）工作台自动运行 按下按钮站上的前进按钮，PLC按预先编制好的程序使继电器KA2动合触点闭合，欧陆590直流调速器运行，PLC按预先编制好的程序把正电压加到斜坡输入给定端子A4上，欧陆590调速器A+、A－有电枢电压输出，D3、D4有励磁电压输出，直流电动机M正转，工作台前进运行。当工作台前进到所调行程时，感应前进接近开关，经PLC程序控制，前进减速。同时，把负电压加到斜坡输入给定端子A4上，使A+、A－输出电压极性改变，于是，直流电动机M反转。工作台便后退运行。当工作台后退到所调行程时，感应后退接近开关，经PLC程序控制，后退减速、换向。如此往复运动，工作台正常工作。

4 改造后的全数字龙门刨床控制系统的特点

（1）结构简单，可靠性高。全数字直流调速装置替代直流发电机组、交磁扩大机，占地面积减小，噪声明显降低;用PLC取代繁杂的继电器控制系统，连接点减少，控制系统结构简单，系统可靠性大大提高。

（2）能耗低，效率高。交磁扩大机机组传动方案能量经过2次转换（电能→机械能→电能），转换效率只有0.7左右;而数字直流传动装置能量是一次性转换，所以能耗大大降低，其效率可达到0.99以上。

（3）调速性能高。全数字直流调速装置是一种高精度传动装置，以其自身的优点使整个主传动控制系统的稳态精度、调速范围、快速性能得到很大的改善，从而提高了加工能力及其加工质量。

（4）装机水平高，具有完善的保护功能。系统具有良好的保护和监控功能，PLC有自身的输入/输出监控指示灯，而全数字直流调速装置则更有良好的保护监控功能，且具有故障存储记忆、自适应参数优化等多种功能。

（5）维护保养容易。改造后的系统，全数字直流调速装置和可编程控制器易于维护，系统的工作效率提高，减少了运行成本。

5 结语

采用全数字直流调速装置，同时用可编程控制器PLC替代原来的继电器逻辑控制系统对龙门刨床进行改造，简化了系统结构，提高了工作效率及控制水平，保证了工件的加工精度，改善了工作环境，减少了噪声污染，而且投入的资金较少，节能效果非常明显，值得推广应用。

1 张春雷，宋家成，于文磊.常用机电设备电气维修［M］.北京：中国电力出版社，2007.

2 乔忠良.全数字直流调速装置及工程应用［J］.太原理工大学学报，2000（3）：152～155

3 范彩霞，卢杉.采用全数字直流调速系统改造龙门刨床［J］.机床与液压，2008（8）：296～298

作者：沈玉梅，女，1961年生，副教授，硕士学位，研究方向：自动控制工程。

（编辑 李 静）

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Application of Full Digital DC Converter in the Reformation of Double Housing Planer

SHEN Yumei
（Dalian Vocational Technology College，Dalian 116037，CHN）

The electrical control system of double housing planer is complex，and breaks down frequently after a long time of use.In order to fully discover the potential of the equipments，overall technical reform using full digital DC converter and PLC is used in the electrical control system of double housing planer.The general plan of the system and the main drive of the electrical control system are designed .The reconstructed system is simple in hardware structure，easy to operate，reliable to control，smooth running，with high speed control precision，cheap and can save energy efficiently.

DC Converter;Double Housing Planer;Technical Reform

2009―09―24）

10343